Biología 1º Año Medio Santillana Bicentenario.pdf

PAG 1-3_Layout 1 18-07-11 13:59 Página 1


El material didáctico Biología 1, Proyecto Bicentenario, para Primer Año de Educación Media, es una obra colectiva, creada y diseñada por el departamento de Investigaciones Educativas de Editorial Santillana, bajo la dirección general de MANUEL JOSÉ ROJAS LEIVA

Coordinación del Proyecto Jefatura de área Edición

Asistentes de edición

Ana María Anwandter Rodríguez Marcia Villena Ramírez María Antonieta Santis Avalos Marcia Villena Ramírez Gerardo Muñoz Díaz Pedro Rupin Gutierrez

Autores

María José Jimenez Robledo

Colaboradores

Daniela Castro Camilo Sebastián Troncoso Naranjo

Corrección de estilo

Documentación

Astrid Fernandez Bravo Isabel Spoerer Varela Paulina Novoa Venturino María Paz Contreras Fuentes

La realización gráfica ha sido efectuada bajo la dirección de VERÓNICA ROJAS LUNA

Coordinación Gráfica

Carlota Godoy Bustos

Diseño y diagramación

Cecilia Serrano Quevedo Teresa Serrano Quevedo

Ilustraciones

Eduardo Cuevas Romero

Cubierta Producción

La Práctica S.P.A. Germán Urrutia Garín

Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del "Copyright", bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución en ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo público.

© 2009, by Santillana del Pacífico S.A. de Ediciones. Dr. Aníbal Ariztía 1444, Providencia, Santiago (Chile). PRINTED IN CHINA. Impreso en China y producido por Asia Pacific Offset Ltd. ISBN: 978 - 956 - 15 - 1529 - 1 Inscripción N° 184.135 www.santillana.cl [email protected] R020711 SANTILLANA® es una marca registrada de Grupo Santillana de Ediciones, S.L. Todos los derechos reservados.


Presentación

|

3|

Matemática


|

4|

Matemática


|

5|

Matemática

r

.a ce u a

sus

Ribosomas (presentes en el retículo endoplásmico rugoso): formados por proteínas y ARN.

Membrana plasmática: constituida por lípidos, proteínas y carbohidratos.

RER. .,

.\

•

.

Núcleo: en su interior se ubica la mayor parte del ADN celular, junto con muchas proteínas y ARN .

Retículo endoplósmico liso.

.. Aparato de Golgi.

Citoplasma: formado en gran parte por agua en la que se disuelven diferentes sustancias.

Organelos membranosos (Retículo endoplásmico, Golgi, lisosomas, peroxisomas, mitocondrias): sus membranas están compuestas de proteínas y lípidos, y en su interior diversas proteínas regulan reacciones químicas específicas. Santillana Bicentenario

I 81

> Observa la imagen y analiza la tabla para responder Tabla N° 1: Porcentaje de biomoléculas una célula humana Biomoléculas

las siguientes preguntas.

que constituyen

Porcentaje

Agua

75

Proteínas

15

Lípidos

3

Carbohidratos

2

(%)

EN ESTA UNIDAD:

• Conocerás

los postulados de la teoría celular; la estructura de células procariontes yeucariontes; la estructura y función de los organelos celulares; las diferencias entre célula animal y vegetal; el concepto de metabolismo; las propiedades y funciones de las biornoléculas. • Desarrollarás

ARN Sales minerales

1 0,5

Metabol itos intermediarios

1,5 y las proporciones

Fuente: Macal1Jlla,J. M., Goñi, F. M. Bioquímica humana. Curso básico. Barcelona: Reverté, 2000, p. 8. (Adaptación)

1. 2. 3.

4.

S.

habilidades para:

2

ADN

El cuerpo humano está formado por distintos tipos celulares de sus componentes varían de una célula a otra.

y comprenderás:

Escribe junto a cada descripción la función que cumple cada componente celular identificado en la ilustración. Elabora un gráfico de torta con los datos de la tabla N° 1 Yanaliza la información que entrega, A partir del gráfico, ¿cuál es el componente que se encuentra en mayor proporción en la células humanas?, ¿cuál es el que se encuentra en menor proporción? De acuerdo a lo anterior, ¿estarías de acuerdo con la afirmación: el agua es más importante que el ADN para mantener la vida de una célula? Fundamenta tu respuesta, Suponiendo que todas las células de tu cuerpo tienen las mismas proporciones que las mostradas en la tabla N° 1, ¿cuántos kilogramos de cada biomolécula hay en tu cuerpo?

identificar un problema de investigación; formular hipótesis; interpretar información a partir de tablas y gráficos, • Desarrollarás

actitudes para:

apreciar la importancia de una alimentación saludable para la mantención del organismo; apreciar los aportes del conocimiento científico a la medicina,

Biología

Evaluación di

1 Observa

,

.

nostica

el esquema e indica, en tu cuaderno,

el nivel de organización de la materia viva que representa

cada imagen.

\ I \.

I

• , t ~

t

/

,

..

!

,r

'i)

2 3

Un estudiante mezcló, en un tubo de ensayo, distintas biomoléculas en proporciones idénticas a las de una célula y en condiciones fisicoqumímicas ideales para la vida, sin lograr la generación de células. Explica en tu cuaderno: ¿por qué la mezcla de estas sustancias no dio origen a células?

Completa

la tabla con la información solicitada.

Mantequilla

Carne

Torta

Verduras

a.

¿Por qué es importante

ingerir estos nutrientes para el buen funcionamiento

del organismo en general? Explica.

Santillana Bicentenario

1101

y mantención de las estructuras celulares o

UNIDAD 1 I La célula y sus componentes

4

Un grupo de estudiantes preparó una muestra de una hoja de la planta acuática Elodea y otra muestra de mucosa bucal, y las observaron al microscopio. Posteriormente, compararon la forma y las estructuras observables en cada una .

•

• •

Muestra de Elodea.

a. b. c. d.

•• •

•

•

Muestra de mucosa bucal.

¿Cuál fue el propósito de esta actividad? ¿Qué hipótesis podría haber planteado este grupo de estudiantes? ¿Qué forma y qué estructuras observaron en cada célula? En tu cuaderno, describe cada célula. ¿Qué diferencias encontraron entre las células observadas?

Reviso --------------------------•

Revisa el Solucionario y luego escribe tu puntaje en el cuadro. DESCRIPTOR:

PREGUNTA

Identificar los niveles de organización de la materia viva.

1

Comprender

2

que cada célula se origina de otra preexistente.

Identificar los nutrientes presentes en distintos alimentos y comprender su importancia en el organismo.

3

Identificar el propósito y la hipótesis de una actividad de experimentación.

4ayb

Identificar estructuras y diferencias entre célula animal y vegetal.

4cyd

1111

PUNTAJE

Biología

1. La célula: unidad estructural, funcional y de origen de los seres vivos Todos los seres vivos estamos formados por células. Pero ¿cómo se llegó a establecer esta generalización?

1595 Zacharias Janssen (1580-1638) construye el primer microscopio óptico compuesto (fonmado por un ocular y un objetivo).

Microscopio.

1665 Robert Hooke (1635-1703), usando un microscopio compuesto, observa una lámina de corcho y describe diminutas estructuras dispuestas como en un panal de abejas, a las que denominó celda (célula). Hoy sabemos que tales estructuras corresponden a las paredes de las células del corcho.

1675 Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) con un microscopio simple (de un solo lente) logra observar muestras de sangre, visualizando estructuras similares a las descritas por Hooke. También observó muestras de agua de charco describiendo microorganismos formados por una célula a los que llamó "animáculos", que hoy conocemos como bacterias y protozoos.

Lámina de corcho.

Protozoo.

Así surgió la teoría celular, una de las teorías fundamentales sobre las que se ha apoyado el estudio de la célula en los últimos dos siglos. Esta teoría se sustenta en tres postulados:

1.

2.

3.

Todos los organismos están constituidos por una o más células, vale decir, la célula y sus productos son la unidad estructural de los seres vivos. Toda célula proviene de otra preexistente, cada célula se divide dando origen a dos células hijas, por lo que la célula es la unidad de origen y de reproducción de los seres vivos. En las células ocurren los procesos metabólicos que dan cuenta de las funciones vitales de los organismos, es decir, la célula es la unidad funcional de los seres vivos.

Asimismo, hoy, se sabe con certeza que en cada célula existe información hereditaria que controla su funcionamiento y desarrollo, es decir, la célula es la unidad genética o hereditaria de los seres vivos. Santillana Bicentenario

I

1838 Matthias Schleiden (1804-1881), botánico alemán, observando muestras vegetales y analizando las observaciones de otros investigadores concluyó que todos los vegetales están fonmados por células.

Células vegetales.

Los postulados de la teoría celular son ideas generales sobre las que se basa todo el conocimiento que actualmente la ciencia tiene sobre lo que ocurre al interior de las células, de cómo interactúan entre sí y de cómo las actividades celulares influyen sobre el individuo en su totalidad. A partir de lo anterior se pueden afirmar los siguientes hechos que complementan la teoría celular: • • •

•

12 I

Las células contienen información hereditaria que se transmite a las células hijas. Las células son similares en cuanto a su composición química. Existen organismos unicelulares formados por solo una célula, y otros formados por muchas células denominados organismos multicelulares. La actividad de un organismo depende de la actividad total de sus células.


1839 Theodor Schwann (1810-1882), zoólogo alemán, realiza observaciones de tejidos animales y confirma la idea del botánico M. Schleiden sobre estos organismos, vale decir, concluye que los animales, al igual que los vegetales, están formados por células.

~

-_

,

1855 Rudolf Virchow (1821-1902), médico patólogo alemán, luego de estudiar el origen de diversas enfermedades, propuso que estas se debían, en primera instancia, al mal funcionamiento de las células y que las células provienen de una célula preexistente.

1880 Agust Weismann (1834-1914), biólogo alemán, después de numerosas investigaciones, plantea que las células actuales provienen de células antecesoras antiguas.

l.

y

•

Célula animal.

•

10 J.Lm

División celular (célula vegeto!).

Arqueobacteria.

Lee el siguiente fragmento.

Leeuwenhoek lavó cuidadosamente un vaso, lo secó y lo puso debajo del canalón del tejado; tomó una gotita en uno de sus tubos capilares y corrió a examinarla bajo el microscopio ... ¡5J?Allí se encontraban nadando unos cuantos bichejos ... «¡Existen hasta en el agua de lluvia reciente» Pero, en realidad no había probado nada, pues quizá vivieran en el canalón, y el agua les arrastrara ... Entonces, tomó un plato grande de porcelana, (. ..) lo limPió esmeradamente y, saliendo a la lluvia, lo colocó encima de un gran cajón, cerciorándose de que las gotas de lluvia no salpicaran lodo dentro del plato; tiró la primera agua para que la limpieza del recipiente fuera absoluta, y después recogió en sus delgados tubitos unas gotas, regresando a su laboratorio ... De Kruif. Paul. Cazadores de microbios. Ediciones Nueva Fénix. Sin datos. (Fragmento adaptado)

a. ¿Qué quiso probar Leeuwenhoek con el procedimiento descrito? b. Formula una hipótesis para el experimento de Leeuwenhoek. Biología

2. Tipos de células En la enorme diversidad de organismos que habitan el planeta, encontramos

una aún

Nucleoide. Zona donde se ubica la información hereditaria o material genético de la célula, el que está constituido por una molécula de ADN circular, sin proteínas asociadas.

mayor variedad de tipos y formas celulares que los constituyen. Sin embargo, todas las células pueden ser agrupadas en dos categorías: procariontes

y eucariontes. Las princi-

pales diferencias entre ambos tipos de células son el tamaño, la presencia de organelos y de envoltura

nuclear que, en las células eucariontes, separa el material genético del

citoplasma.

Células procariontes Las células procariontes

son de pequeño tamaño y de estructura muy simple. Son de

este tipo de células las cianobacterias

o algas verde azules, las bacterias o también

llamadas eubacterias y las arqueobacterias. Todos los organismos procariontes son unicelulares y se reproducen por división celu-

Mesosoma

lar simple.

•

Pared celular. Estructura formada por peptidoglucanos (carbohidratos), que le dan rigidez y forma a la célula y la protegen contra agentes antibacterianos.

•


• •

• •

• Membrana plasmática o celular. Constituida por una doble capa de lípidos con proteínas insertas en ella. Actúa como un límite que permite diferenciar el ambiente intracelular del extracelular; asimismo, regula el paso de sustancias desde y hacia la célula. En algunos casos se pliega hacia el citoplasma formando una estructura denominada mesosoma, que participa en su metabolismo.

•

• •

• •

•

•

•

•

•

•

• •

•


>

DATO

Muchas arqueobacterias viven en condiciones ambientales extremas. Así, por ejemplo, existen algunas de ellas que necesitan altas concentraciones de sal para vivir; otras, en cambio, Ribosomas. Partículas formadas por proteínas y ARN, encargadas de la síntesis de proteínas .

viven en aguas muy calientes

(80 OC)

o en

ambientes carentes de oxígeno.

• •'--11-

•

•

•

•

Citoplasma. Es una sustancia acuosa de composición variable en la que ocurren la mayoría de las reacciones metabólicas de la célula. El citoplasma ocupa todo el interior celular, y en él se encuentran gran cantidad de ribosomas y pequeños fragmentos de ADN circular (unido por sus extremos) denominados plásmidos.

Flagelo. Estructura presente solo en algunas bacterias, está formada por proteínas y su función es brindar movilidad a la célula.

Biología

Células eucariontes

Ribosomas. Complejo de gran tamaño formado por varias moléculas de ARN y proteínas. Pueden estar asociados al retículo endoplasmático, a la envoltura nuclear o bien estar libres en el citoplasma. La función de los ribosomas es la síntesis de proteínas.

Son células de mayor tamaño que las procariontes y, en cuanto a estructura, mucho más complejas, pues presentan un sistema interno de membranas que subdividen a la célula en compartimentos especializados donde la célula lleva cabo sus funciones vitales. A estos compartimentos se les denomina organelos. Todas las células eucariontes están formadas por tres estructuras básicas: membrana plasmática, citoplasma y núcleo.

.

'• • •

..----e

Membrana plasmática o celular. Al igual que en las células procariontes, está formada por una doble capa de lípidos en la que se insertan proteínas. Actúa como límite celular y regula el tránsito de sustancias.

•

•

•

·•

.'

•

•

• •

•

• •

•

• • • • • • •

.'

••• • •

Centriolos. Son estructuras cilíndricas compuestas por microtúbulos, los que a su vez están formados por una proteína llamada tubulina. Se ubican en un área llamada centrosoma o centro organizador de microtúbulos, donde se originan y ensamblan los microtúbulos previo a la división celular. Los centriolos se encuentran solo en células animales.

••• •

•

•

•

•

•

Aparato de Golgi. Formado por un número variable de vesículas aplanadas llamadas dictiosomas provienentes del retículo endoplasmático. Se ubica cercano al núcleo yal RE, pues en su interior ocunre la modificación química de proteínas y de lípidos provenientes del RER y REL Estas moléculas son distribuidas mediante vesículas a un destino específico, ya sea a formar parte de la membrana celular o para exportarlas de la célula. Algunas de estas vesículas permanecen en el citoplasma y se conocen como lisosomas. En las células vegetales, el aparato de Golgi participa, entre otras funciones, en la síntesis de la pared celular.

• ••• •• •

.

•

• • ~

•

••

.. ........

·'.•

•

•

• •

Citoplasma. Ocupa todo el espacio comprendido entre el núcleo y la membrana plasmática y es donde ocurren la mayoría de las reacciones químicas en la célula. Está formado principalmente por agua, que disuelve diferentes moléculas, y una red de filamentos proteicos denominada citoesqueleto. Este es el responsable de la forma celular y de organizar los organelos celulares al interior de la célula.

• •

Lisosomas. Vesículas membranosas de gran diversidad morfológica originadas en el aparato de Golgi. En su interior contienen diferentes enzimas digestivas. Digieren estructuras celulares para su renovación y sustancias extrañas que puedan ingresar a la célula. Asimismo, tienen un rol fundamental en la apoptosis o suicidio celular programado.


I

16

I

• • • •• • • • • •

•

•

•

• " •• • • • • •• •

•

.'.

•

•

•

•

• •• • •

• • • • • •

• • • • • • •

•


Mitocondrias. Organelos constituidos por una doble membrana, la extema es lisa mientras que la interna tiene muchos pliegues llamados crestas; en su interior presenta ADN circular. La principal función de las mitocondrias es la producción de energía, la que se almacena en moléculas de A TP. La energía presente en los enlaces de cada molécula de A TP es empleada para múltiples actividades celulares. La cantidad de mitocondrias es variable en cada tipo celular, sin embargo, en células que tienen un alto gasto energético, las hay en mayor número.

Peroxisomas. Pequeñas vesículas membranosas que se originan a partir del REL. En ellos determinadas enzimas degradan las sustancias tóxicas derivadas del metabolismo celular.

,

• • • • •

(Í~'. ~ ;'. Núcleo. Está delimitado por una doble membrana, denominada envoltura nuclear o carioteca, que presenta poros que facilitan la comunicación con el citoplasma. En su interior se encuentra la cromatina, formada por moléculas de ADN con proteínas asociadas, que contiene la información hereditaria. En el núcleo también es posible encontrar uno o más nucléolos, que son estructuras formadas por moléculas de ARN y proteínas que participan en la síntesis de los ribosomas.

•

'. •.

Retículo endoplasmático rugoso (RER). Es un complejo sistema de membranas interconectadas formado por vesículas y sacos aplanados que se originan a partir de la envoltura nuclear y que presenta ribosomas asociados a su cara citoplasmática. Su función es participar en la síntesis de proteínas que formarán parte de las membranas celulares o que serán enviadas fuera de la célula, como las hormonas proteicas y las enzimas digestivas .

••

•

•

Retículo endoplasmático liso (REL). Tiene la misma estructura del RER, pero carece de ribosomas. En el REL se sintetizan los lípidos que forman parte de las membranas celulares y, en algunas células. adquiere funciones más específicas. como la síntesis de hormonas estero idales en las gónadas; la detoxificación de drogas y metabolitos en los hepatocitos; o la captura de calcio durante el proceso de contracción muscular, en las células musculares, donde se le denomina retículo sarcoplásmico.

•

•

•

•

•

Los protozoos,

hongos, plantas y animales están formados por este tipo de células.

1•

Investiga y compara el tamaño de una célula procarionte

y una eucarionte.

2.

Investiga cinco tipos de células humanas y diseña una pequeña ficha que incluya: la imagen de la célula, su tamaño, una breve descripción de su forma y de su función.

117

I

Biología

Características de las células vegetales Si bien las células de los vegetales son eucariontes, poseen ciertas características que las hacen particulares. Una de ellas es que carecen de centriolos, sin embargo, poseen un centrosoma o centro organizador de microtúbulos, que organiza las proteínas del citoesqueleto previo a la división celular.

Plastidios. Son propios de las células vegetales y de algas. Estos organelos están delimitados por una doble membrana y presentan ADN circular y ribosomas. Los plastidios se pueden clasificar en dos tipos: por un lado, los que carecen de pigmentos, denominados leucoplastos, como los amiloplastos que almacenan almidón, numerosos en las células de las raíces, y por otro, los que presentan pigmentos, entre estos los cloroplastos, que contienen clorofila, pigmento de color verde, y los cromoplastos que presentan pigmentos de otros colores.

Vacuo la. Vesícula delimitada por una membrana denominada tonoplasto, que suele ocupar la mayor parte del citoplasma celular. En ella se almacenan grandes cantidades de agua y otras sustancias. Su presencia, combinada con la pared celular, genera las condiciones de turgencia, posibilitando que las plantas penmanezcan erguidas.

Pared celular. También está presente en células de hongos y algas, pero con diferente composición química. Esta estructura se ubica en la superficie extema de la membrana plasmática y en su composición general se encuentran fibras de celulosa rodeadas por otros polisacáridos, proteínas yagua. La pared celular le da rigidez a la célula y, gracias a los poros que presenta, permite la comunicación entre los citoplasmas de células vecinas.

1.

Elabora una tabla comparativa entre célula procarionte y eucarionte considerando características como: tamaño, presencia de núcleo, características del ADN, presencia de pared celular, presencia de sistemas de membranas internas.



3. Estructura y funcionamiento celular Las células presentan un medio interno propio y diferente al medio externo que la rodea, por ello requieren del intercambio continuo y regulado de materia y energía entre ellas y el ambiente. Al interior de la célula ocurren una serie de reacciones químicas y transformaciones energéticas que, en conjunto, reciben el nombre de metabolismo. A través del metabolismo, la materia y la energía son transformadas en la célula permitiéndole generar sus propios componentes.

o

Membrana plasmática

:4~~--------------C)-Componentes moleculares O Ácidos nucleicos ---1". Enzimas =_:0

oNutrientes (materia y energía)

0--: :-

1. 2.

(ADN y ARN)

t

~()c¡:==:~:::====.eO~tr------+" Metabolismo 0:0:::::::

Desechos (materia y calor)

Organelos celulares

::::::::00

,..._-: =_-:0 O::

(Anabolismo

.... ~I----

Catabolismo)

Fuente: Varela, F. El fenómeno de lo Vida. Santiago: Ediciones Dolmen. 2a edición, 2002. (Adaptación)

:

La membrana plasmática regula el intercambio de materia entre la célula y el ambiente. La información hereditaria contenida en los ácidos nudeicos (ADN y ARN) determina la producción de moléculas catalíticas (enzimas) que regulan el metabolismo: por ejemplo la síntesis de ácidos

nudeicos.

3. 4.

Mediante otros procesos metabólicos se sintetizan los diferentes componentes moleculares que forman las distintas estructuras celulares: por ejemplo la membrana plasmática. Así, la serie de reacciones químicas que conforman el metabolismo son reguladas por la información hereditaria, y permiten, por ejemplo, la síntesis de los componentes de la membrana plasmática, la que su vez permite mantener las condiciones intemas necesarias para la actividad metabólica y, por ende, la vida de la célula.

Existen dos tipos de reacciones metabólicas: anabólicas y catabólicas, que son interdependientes entre sí. Mediante el anabolismo las células fabrican o sintetizan sustancias orgánicas de mayor complejidad consumiendo energía. Por ejemplo, la síntesis de biomoléculas como las proteínas, ADN, ARN, lípidos y carbohidratos. Por el contrario, a través del catabolismo se degradan moléculas orgánicas y se libera energía, parte de la cual es almacenada en los enlaces de ciertas moléculas.

1•

De acuerdo al esquema, ¿cuáles la importancia de la información hereditaria y de las enzimas en el metabolismo?

2.

Explica la relación entre membrana plasmática y metabolismo.

3. ¿Qué podría ocurrir con una célula que deja de intercambiar materia y energía en forma controlada con su entorno? Biología

4. Composición química de las células Toda la materia que te rodea está constituida por átomos, y las células que forman a los organismos no son la excepción. Los átomos, por lo general, no se encuentran aislados, sino que unidos formando moléculas. Las moléculas que forman a los organismos y que participan en su metabolismo se denominan biomoléculas y pueden ser orgánicas e inorgánicas. Las primeras se distinguen de las segundas porque el carbono es fundamental en su estructura y está siempre asociado a átomos de hidrógeno. Tabla N° 2: Porcentaje

de elementos

que componen

las células de tres organismos

Biomolécula

Porcentaje

(%)

Oxígeno (O)

62,81

77,90

73,68

Carbono (C)

19,37

11,34

12,14

Hidrógeno (H)

9,31

8,72

9,94

Nitrógeno (N)

5,14

0,83

3,04

Fósforo (P)

0,63

0,71

0,60

Azufre (S)

0,64

0,10

0,32

Fuente: Curtis, H., Bames, N. S. Biología. Buenos Aires: Editorial Médica Panamericana. 6" edición, 2006. Más del 95% del total de lo maso de los organismos está constituido solo por cuatro elementos: carbono, oxígeno. nitrógeno e hidrógeno. El porcentaje restante se divide entre los denominados oligoelementos. llamados así porque se encuentran en muy pequeño cantidad. toles como fósforo. calcio. azufre. fiúor, cobre, zinc. hierro, yodo y manganeso.

1.

Analiza la tabla N° 2 y, en tu cuaderno,

a. b. c.

responde

las preguntas que se plantean a continuación.

¿Cuál de los tres organismos contiene mayor porcentaje de oxígeno?, y ¿cuál de carbono? Utilizando una hoja de cálculo en el programa Excel, elabora un gráfico de torta que muestre la abundancia de elementos químicos en cada organismo. Pega cada gráfico en tu cuaderno y describe los elementos que lo conforman en mayor proporción indicando sus porcentajes.



5. Biomoléculas inorgánicas Las principales biomoléculas inorgánicas que forman a los seres vivos son: el agua, las sales minerales y los gases.

El agua y las características de su molécula

Otros elementos electronegativos (que tienen la capacidadde atraer los electrones de valenciaen un enlacequímico),como el nitrógeno,el cloro y el flúor,tambiénpueden establecerpuentes de hidrógeno con otras moléculas.

¿Te has preguntado por qué los investigadores que buscan vida en otros planetas se interesan tanto por encontrar agua en estado líquido en ellos? Es porque el agua en estado líquido tiene una serie de propiedades que son imprescindibles para que se realicen las reacciones químicas que permiten la vida tal como la conocemos. Además, el agua es uno de los principales factores ambientales que infiuye en la existencia de los organismos sobre el planeta. Considera que, por ejemplo, muchos de ellos viven y se desarrollan en el agua, y es una parte importante del peso de un organismo. Para comprender las propiedades del agua es necesario conocer algunas de las características de su molécula.

+

•

La molécula de agua es polar y puede formar puentes de hidrógeno. Una molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno (electronegativo) y dos átomos de hidrógeno unidos a través de enlaces covalentes. De manera semejante a una pila, en la molécula de agua existe un polo positivo y uno negativo, por esto se dice que es una molécula polar. Esto tiene dos causas: la primera, es que los electrones que participan en los enlaces covalentes tienden a girar por más tiempo alrededor del oxígeno que alrededor de los átomos de hidrógeno; y la segunda, es que el átomo de oxígeno tiene electrones libres que no participan en la formación de enlaces. De este modo, en la molécula de agua, el oxígeno adquiere una carga parcialmente negativa, mientras que en los átomos de hidrógeno es parcialmente positiva.

Carga negativa parcial

Carga positiva parcial

+' I

Molécula de agua (H20).

Debido a su polaridad, cada molécula de agua puede unirse con otras cuatro moléculas mediante puentes de hidrógeno. Estas uniones se establecen debido a la atracción -por diferencia de carga- existente entre los átomos de oxígeno e hidrógeno de las moléculas de agua. Si bien individualmente los puentes de hidrógeno son uniones débiles, al ser muchos ejercen mayor fuerza de unión o cohesión entre las moléculas de agua. Gracias a los puentes de hidrógeno el agua adquiere una serie de propiedades importantes para los seres vivos.

>---

Puente de

,+ •

hidrógeno

,

,, .' +

Estructuro del aguo.

,•

2. 3.

Investiga cómo se disponen las moléculas de agua en estado sólido, líquido y gaseoso. Investiga qué ocurre con los puentes de hidrógeno del agua en estado líquido cuando la temperatura aumenta. Utilizando material de desecho, realiza un modelo de la disposición de las moléculas de agua en cada estado.

211

Biología

>

DATO

Elaguaeslaprincipalfuentede hidrógenoy de oxígeno para la síntesisde los componentes celulares.Asimismo,el oxígeno liberado a la atmósferapor lasplantas,producto de la fotosíntesis,proviene de la moléculade agua.

•

Propiedades del agua Los organismos vivos están constituidos, en su mayoría, por cerca de un 70% de agua. Esta participa en muchas de las reacciones químicas que se llevan a cabo al interior de sus células, ya sea como reactante o como producto. Gracias a su polaridad ya los puentes de hidrógeno, el agua presenta propiedades que son fundamentales para la vida de los . seres VIVOS.

El agua es un excelente disolvente. Debido a su polaridad, el agua es capaz de disolver muchos compuestos polares e iónicos, pues las cargas de estos compuestos atraen a las moléculas de agua y los separan. Por ejemplo, al agregar una cucharada de sal a un vaso de agua:

Las sustancias polares, como la salo el azúcar, que interactúan fácilmente con el agua, se denominan hidrófilas. En cambio, aquellas sustancias que carecen de polos, vale decir que son apolares, como grasas y aceites, no se disuelven en agua y reciben el nombre de hidrófobas.

Un cristal de sal, formado por iones cloro (CI-) y sodio (Na+), al entrar en contacto con agua sus iones se separan, dado que el extremo con carga negativa de la molécula de agua es atraído por los iones sodio, y al extremo con carga positiva lo atraen los iones cloro. Esto impide la interacción entre los iones que forman el cristal de sal y esta se disuelve. Por lo tanto, cuando las sustancias se disuelven en agua aumenta la posibilidad de encuentro entre sus moléculas, facilitando la ocurrencia de las reacciones químicas propias de las células.

•

Cohesión, capilaridad y alta tensión superficial. Las moléculas de agua tienen una fuerte tendencia a unirse mediante puentes de hidrógeno. A esta tendencia de adhesión entre las moléculas de agua se denomina cohesión; mientras que a la unión entre moléculas de agua y moléculas de distinta naturaleza se le llama adhesión. Ambas fuerzas de unión entre moléculas explican el fenómeno de la capilaridad, vale decir, la capacidad del agua de avanzar a través de tubos o conductos estrechos, aun en contra de la fuerza de gravedad. La cohesión y adhesión permiten, por ejemplo,

el ascenso del agua a través de las células vegetales, desde las raíces hasta las hojas de los organismos.



Asimismo, la cohesión entre las moléculas de agua genera alta tensión superficial, lo que da lugar a la formación de una película o capa compacta de moléculas unidas. Los numerosos

puentes de hidrógeno

hacen que la tensión

superficial del agua sea mayor que la de otros líquidos.

Lo tensión superficial permite que 01 caer

el aguo se forme uno esfera o gota.

•

Elevado calor específico. El calor específico de una sus-

Gracias a esta propiedad del agua y a su gran proporción

tancia es la cantidad de calor que debe recibir para au-

en la composición

mentar en 1 "C la temperatura de 1 g de ella. Debido a los

tener su temperatura

numerosos puentes de hidrógeno entre las moléculas de

fluctuaciones de temperatura

agua, se requiere de mucha energía para subir su tem-

mite que las reacciones metabólicas ocurran con norma-

peratura, es decir, para aumentar la energía cinética de

lidad. Además, debido a su elevado calor específico, el

sus moléculas. Esto ocurre porque gran parte de la energía

agua de los océanos tiende a mantener constante su tem-

aportada se consume en romper los puentes de hidrógeno

peratura incidiendo en el clima del planeta y brindando

quedando

condiciones para el desarrollo de la vida.

movimiento

1.

solo una fracción de ella para aumentar

el

de los organismos, estos logran manrelativamente constante, pese a las en el ambiente. Esto per-

de las moléculas.

Consigue dos recipientes con agua, jabón líquido, un gotario y dos clips. Marca los recipientes yen uno de ellos disuelve unas gotas de jabón líquido, evitando generar espuma. Luego, en el recipiente que contiene solo agua, coloca suavemente un clip de modo que la mayor parte de su superficie quede en contacto con el líquido. Si te resulta difícil, coloca el clip sobre un trozo de papel y, delicadamente, empuja el papel desde los bordes para hundirlo. Luego, responde:

2.

a.

¿Qué ocurre con los clips en ambos recipientes?

b.

¿Qué propiedad(es)

c.

¿Qué características de la molécula de agua permiten esta(s) propiedad(es)?

del agua intervienen en cada situación?

Consigue una hoja de papel absorbente, dos vasos largos, dos clips y una regla. Corta dos tiras de papel absorbente de 1 cm de ancho y 15 cm de largo. Marca los vasos y agrega 3 mL de agua a cada vaso y en uno de ellos disuelve 1 cucharada de azúcar. Con los clips construye un soporte que permita sostener las tiras de papel de modo que apenas rocen el agua en cada vaso. Luego, mide con la regla cada un minuto la altura que va alcanzando el agua en ambas tiras de papel. Realiza quince mediciones.

a.

¿Qué propiedad del agua hace posible que esta ascienda por las tiras de papel?

b.

¿Qué características de la molécula de agua permiten esta propiedad?

c.

Grafica los resultados obtenidos de tus mediciones. ¿Cómo explicarías las diferencias observadas entre los vasos? Biología

Sales minerales Las sales minerales son moléculas inorgánicas que se disocian o separan al disolverse en agua, formando iones o electrolitos, ya sea en el líquido intracelular o en el extracelular (plasma, linfa y líquido intersticial). Pese a que estos iones se encuentran en pequeñas cantidades en el organismo, colaboran en diferentes procesos muy importantes para el funcionamiento del cuerpo humano. Tabla N° 3: Minerales y su función en el cuerpo humano Mineral

Función en el cuerpo humano

Calcio

Colabora en la contracción muscular, en la transmisión del impulso nervioso y en la coagulación sanguínea. Forma parte de los huesos y dientes.

Fósforo

Mantiene el equilibrio del nivel de salinidad en el organismo y se encuentra en los huesos y dientes.

Potasio

Mantienen el equilibrio del nivel de acidez en el organismo, colaboran en la conducción impulso nervioso y regulan el volumen de agua corporal.

Sodio

del

Hierro

Forma parte de la hemoglobina y de proteínas mitocondriales que participan en el metabolismo energético (citocromos).

Yodo

Es un constituyente

Cobre

Forma parte de enzimas que participan en el metabolismo

de las hormonas tiroideas. energético.

Fuente: Audesirk, T., Audesirk, G. y Byers, B. Biología la vida en la Tierra. México: Pearson Prentice Hall, 8" edición, 2008. p. 689. (Adaptación)

Además, en los seres vivos es posible encontrar sales minerales precipitadas, vale decir, que por acción de una reacción química forman un sólido, favoreciendo la formación de estructuras sólidas como los huesos.

El rol estructural de las sales minerales se manifiesta

>

EN

en la composición de los huesos, que incluye fosfato de calcio. o en las conchas de los moluscos. que contiene

LA RED

Las frutas y las verduras son las principales fuentesde salesminerales.Elprograma 5 al día promueve el consumo de estos alimentos. Digita el código: MB 1024, y elabora un breve informe que indiquelos objetivosde este programa,organismosque lo respaldany susprincipales líneas de acción. Compártelo con tu curso.


carbonato de calcio.

>

DATO

El líquido extracelular se ubica fuera de lascélulas.Enel organismo,el líquido extracelular que se encuentra entre lascélulasse denomina líquido intersticial. Por otra parte, el líquido extracelular que circula por nuestros vasossanguíneosrecibe el nombre de plasma y el que encontramos en los vasoslinfáticosse denomina linfa.


Gases Como ya sabes, en el cuerpo humano hay una constante incorporación, producción y eliminación de gases, fundamentalmente de: oxígeno (O) y dióxido de carbono (C02), ambos relacionados con los procesos de obtención de energía química, por lo que también forman parte de la materia viva.

En la atmósfera seca (sin considerar el vapor de agua), es posible encontrar nitrógeno, oxígeno y pequeñas concentraciones de otros gases, como dióxido de carbono, argón, neón y helio. De esta manera, la actividad del sistema respiratorio es fundamental, pues permite, a diario, la inhalación de grandes volúmenes de aire. Con ello el organismo puede, por un lado, disponer del oxígeno necesario para llevar a cabo sus procesos y, por otro, eliminar dióxido de carbono a la atmósfera.

1.

Gráfico N° 1: Composición de la atmósfera terrestre

Oxígeno --------,

20,1%

------=t,,.----

Nitrógeno

78,1% 0,93% Dióxido de carbono

0,033% Helio y neón

0,837% Fuente: www.atmosfera.cI

Analiza la tabla N° 4 Y compara el volumen de los gases respiratorios en el aire inspirado, espirado y en el aire alveolar. Luego, responde las preguntas que se plantean a continuación. Tabla N° 4: Composición de gases en el aire

Aire inspirado

Aire espirado

Aire alveolar

20,93

14,6

13,4

Dióxido de carbono

0,04

4

5,2

Vapor de agua

1,25

5,9

6,2

78,77

75,5

75,2

Oxígeno

Nitrógeno

Fuente: Curtis, H., Bames, N. S. Biología. México: Editorial Médica Panamericana. 6" edición, 2006. (Adaptación)

a. ¿En qué aire el volumen de oxígeno es mayor?, ¿en cuál menor? b. ¿En cuál de estos aires el volumen de dióxido de carbono es mayor?, ¿yen cuál menor?

c. ¿Qué explicación podrías dar a estas diferencias? d. Analiza el gráfico N° 1:¿cómo podrías explicar la diferencia entre el volumen de dióxido de carbono atmosférico y el del aire espirado? Biología

Evaluación de

1 Observa

roceso

la célula.

2. Aparato

7. Vacuola

de Golgi

9. Pared celular

4. REL

a. Escribe en tu cuaderno la función de los organelos celulares enumerados. b. ¿Qué estructuras están presentes en la célula vegetal y no en la célula animal? Selecciona al menos dos y describe sus funciones.

2

Observa los esquemas e indica a qué tipo de reacciones

metabólicas corresponden:

anabólicas o catabólicas.

Q

O

+ Energía

3

Indica la propiedad

a.

4

En tu cuaderno, el organismo.


Energía

del agua que se manifiesta en las siguientes situaciones.

b.

c.

elabora un párrafo o un esquema en el que expliques la importancia

de las sales minerales para


Reviso •

Revisa el Solucionario

y anota tu puntaje en el cuadro.

DESCRIPTOR:

PREGUNTA

Reconocer la estructura

y

de los organelos celulares

PUNTAJE

¿QUÉ DEBES HACER?

función

y

diferenciar entre célula animal

Si obtienes menos de 7 puntos,

1

realiza la actividad 1.

y vegetal. Identificar los tipos de reacciones metabólicas. Identificar las propiedades de la molécula de agua. Reconocer la importancia de las sales minerales para el organismo.

Si obtienes menos de 2 puntos,

2

realiza la actividad 2. Si obtienes menos de 2 puntos,

3

realiza la actividad 3. Si obtienes menos de 1 punto,

4


Actividades Actividad

1.

Recorta

y pega en tu cuademo la imagen de una célula eucarionte. Luego, escribe el nombre y una breve descripción

de las funciones de sus organelos. Actividad

2. En tu cuaderno, elabora un esquema para explicar el concepto de metabolismo

celular

y sus tipos. Además, busca

un ejemplo de reacción anabólica y otro de reacción catabólica. ¿Qué tipo de reacción metabólica, catabólica o anabólica, predomina en mitocondrias Actividad

y cloroplastos? Fundamenta.

3. Elabora un cuadro con una breve explicación de las propiedades del agua cada una. Agrega algunas imágenes para complementar

Actividad

la explicación.

4. Averigua cuáles son las sales minerales más importantes participan. Elabora una presentación

en PowerPoint

y busca algún ejemplo representativo de

para el funcionamiento

del organismo

para mostrar la información

y en qué procesos

a tu curso, en la que, además,

señales los efectos negativos sobre la salud de la falta de hierro, de calcio (hipocalcemia) y de potasio (hipokalinemia) en el organismo.

Biología

6. Biomoléculas orgánicas Las biomoléculas orgánicas, formadas principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, son los componentes esenciales de la estructura de las células y las encargadas de controlar su funcionamiento. Cuando se creía que estas moléculas solo podían ser sintetizadas por los organismos se les denominó moléculas orgánicas; sin embargo, luego se comprobó que pueden ser elaboradas sintéticamente.

,

La enorme variedad de biomoléculas orgánicas se explica en gran medida por dos características del átomo de carbono: su tamaño relativamente pequeño y su capacidad de formar cuatro enlaces covalentes con otros átomos de carbono o con otros elementos. Estas propiedades le permiten formar una gran diversidad de moléculas, tanto en tamaño, forma y composición. De estas revisaremos las características de: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Atomo

de carbono.

Carbohidratos Están formados por átomos de carbono, oxígeno e hidrógeno en una proporción de 1:2:1, que dan origen a moléculas de distinto tamaño y complejidad. En general, los carbohidratos se clasifican según el número de unidades básicas (azúcar) que contengan. Así, los monosacáridos corresponden a carbohidratos formados por una molécula de azúcar, los oligosacáridos tienen entre dos y diez y los polisacáridos sobre diez moléculas.

•

Monosacáridos. También llamados azúcares, son los carbohidratos más simples. Los más comunes tienen entre tres y siete átomos de carbono. Estos participan en diversas vías metabólicas o formando parte de moléculas más complejas. Por ejemplo, la ribosa y la desoxirribosa son pentosas, vale decir, monosacáridos con cinco átomos de carbono, que forman parte de los ácidos nucleicos. Otro monosacárido importante es la glucosa, que es una hexosa, ya que tiene seis átomos de carbono, y es el azúcar más abundante en la naturaleza. Esta última es un producto de la fotosíntesis y degradada por las células para obtener energía y con ella llevar a cabo el metabolismo. La fructosa, monosacórido presente en las frutas y la miel, tiene el mismo tipo y cantidad de ótomos que la glucosa. Sin embargo, su estructura es distinta ya que el orden de los ótomos es diferente, debido a esto sus propiedades químicas también son distintas. Los azúcares se representan en forma lineal. pero cuando estón disueltos en agua adoptan una forma de anillo.


H", /0 C

I H-C-OH I HO-C-H I H-C-OH I H-C-OH I

CH¡OH

CH¡OH

o Glucosa

H

OH

CH¡OH

I c=o I HO-C -H I H-C -OH I H-C -OH I

CH¡OH

Fructosa

OH

H


Azúcares con poder reductor Objetivo •

Cu ++ + azúcar reductor ------+. Cu + + azúcar oxidado

Identificar monosacáridos con poder reductor. (__)

Problema de investigación

•

¿Qué tipo de azúcares tienen poder reductor?

Hipótesis •

El poder reductor está relacionado directamente con la estructura química del carbohidrato.

Experiencia •

Los monosacáridos y la mayoría de los disacáridos comparten la capacidad de donar electrones y protones en las reacciones metabólicas en las que participan. A esta propiedad se le llama poder reductor y es aprovechada, por ejemplo, para reconocer la presencia de estos azúcares en alimentos o en la orina al ser analizados. Para reconocer este tipo de azúcares se emplea el reactivo de Fehling, que se compone de dos soluciones, A y B. La primera solución es de sulfato cúprico (CUS04) y la segunda es una mezcla de hidróxido de sodio (NaOH) y tartrato de sodio y potasio. En presencia de un azúcar reductor, el ion cúprico recibe el electrón que el azúcar le cede y, al hacerlo, esta se oxida formándose óxido cuproso, lo que se evidencia con el cambio de color, de azul del sulfato cúprico a rojo ladrillo del óxido cuproso. Para conocer el poder reductor de tres azúcares, se prepararon tres soluciones al 5% de glucosa, fructosa y sacarosa. Se colocaron en tres tubos de ensayo diferentes: el tubo 1 contenía 2 mL de la solución de glucosa, el tubo 2, 2 mL de solución de fructosa y el tubo 3, 2 mL de solución de sacarosa. A cada tubo se agregó 1 mL de solución de Fehling A y 1 mL de Fehling B, y se calentaron en un vaso de precipitado con agua hasta la ebullición. Se obtuvieron los siguientes resu Itados:

Tubo 1

Tubo 2

Tubo 3

Análisis y conclusión

1. 2. 3. 4. S.

¿Qué carbohidratos reaccionan con el reactivo de Fehling? A partir de los resultados obtenidos, ¿qué azúcares son reductores?, ¿por qué? De acuerdo a los resultados, ¿qué azúcar(es) no presenta(n) poder reductor? Fundamenta. ¿Qué utilidad crees que podría tener este procedimiento? Prepara un informe en el que expongas el experimento presentado. Guíate por la sección Informe de laboratorio.

Biología

•

Disacáridos. Son oligosacáridos compuestos por dos monosacáridos unidos por un enlace covalente llamado enlace glucosídico con la liberación de una molécula de agua. Por lo tanto, esta unión puede ser disuelta mediante la incorporación de una molécula de agua, obteniéndose

los dos monosacáridos iniciales. Sin embargo, esta reacción no ocurre en forma espontánea, sino que requiere de la acción de una enzima, vale decir, una molécula que acelere la reacción e incorpore agua para romper el enlace glucosídico.

CH,OH

Maltosa

+

H

OH

OH

H

H

OH

H

OH

Glucosa Glucosa Lo maltosa es un azúcar presente en lo cebado fermentado.

H

OH

Lactosa

O

+

H

OH

H

H

OH

OH

Glucosa Galactosa Lo lactosa está presente en lo leche.

CH,OH

r-:-

0

O

O H

H

H O

-

+

1 HOCHOH 2

H H

OH

Glucosa

! H20

OH

H

H

OH

OH

Sacarosa

H

Fructosa

Lo sacarosa se extrae principalmente de lo coño de azúcar y de lo remolacha, y es el azúcar que usamos habitualmente poro endulzar los alimentos.

>

DATO

La reacción química que ocurre durante la síntesisde diversasbiomoléculas a partir de subunidadesmás pequeñasse denomina condensación, pues ocurre con la liberación de una molécula de agua.Esteproceso no ocurre en forma espontánea,pues requiere de la acción de enzimasque catalicen la reacción.



•

Polisacáridos. Son macromoléculas, vale decir, grandes moléculas formadas por miles de unidades de monosacáridos, generalmente de glucosa. En este grupo encontramos:

Almidón: que es un polímero de glucosa de origen vegetal. Las células vegetales lo almacenan en un tipo particular de plastidios, llamados amiloplastos. Cuando las células requieren energía lo hidrolizan obteniendo glucosa. Los animales que se alimentan de plantas, incluidos los seres humanos, cuentan con enzimas que hidrolizan el almidón.

Celulosa: también es un polímero de glucosa, pero estas moléculas tienen una orientación espacial de sus átomos diferente a la glucosa que forma el almidón y el glucógeno. Esto origina que las moléculas de glucosa se enlacen de manera diferente. Es insoluble en agua y es el principal componente de la pared celular de las células vegetales.

Amiloplastos.

Planta.

Glucógeno: tiene una composición muy similar al almidón, pero su molécula es más ramificada y presenta mayor solubilidad en agua. Esta molécula permite almacenar glucosa en los tejidos animales, particularmente en las células musculares y del hígado.

Quitina: es un polisacárido insoluble en agua formado por unidades de glucosamina, azúcar que contiene nitrógeno en su estructura. Forma parte del exoesqueleto de artrópodos (insectos, crustáceos, arácnidos, entre otros) y de la pared celular de las células de los hongos.

Células musculares.

Insecto.

1. Indica dos ejemplos de carbohidratos representativos de cada esquema. A

B

C

o 2. Averigua la función más característica de los siguientes carbohidratos: glucosa, desoxirribosa, celulosa, almidón y glucógeno.

311

Biología

Lípidos Son moléculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno

estructurales

en las membranas

celulares, energéticas, como

y oxígeno, aunque pueden incluir otros elementos como el fós-

aislantes térmicos y mensajeros químicos. Entre los tipos más

foro. Si bien presentan propiedades muy diferentes, todas tienen

importantes,

en común no poseer cargas (apolares) y ser total o parcial-

fosfolípidos, los esteroides y las ceras.

en los seres vivos, están las grasas neutras, los

mente insolubles en agua. En los organismos tienen funciones

•

Grasas neutras o triglicéridos.

Son los más abundantes

en los organismos y actúan como reservas de energía, como aislantes térmicos

y protegiendo

mecánicamente

algunos órganos al formar parte del tejido adiposo. Un gramo de grasa aporta el doble de energía que la misma cantidad de carbohidratos en el organismo,

o de proteínas; sin embargo,

estas moléculas pueden ser transfor-

madas en grasas y pasar a formar parte del tejido adiposo.

Los animales que habitan ambientes con bajos temperaturas tienen uno capo de groso que les ayudo o conservar el color corporal. Gli erol

~o

Los triglicéridos están formados por una molécula de glicerol,

c""" o

un tipo de alcohol con tres átomos de carbono, al que se

,

Acidos grasos

unen de una a tres moléculas de ácidos grasos. Estos son moléculas formadas por un esqueleto de carbono unido a átomos de hidrógeno,

su longitud

es variable con un grupo

químico de naturaleza ácida en un extremo (grupo carboxilo). Existen dos tipos: ácidos grasos saturados e insaturados.

Triglicérido.

Los ácidos grasos saturados reciben este nombre porque los átomos

de carbono

tienen

todos

sus enlaces

disponibles unidos a hidrógeno, están saturados de ellos.

,

Acido graso insaturado.

Por el contrario, en los ácidos grasos insaturados, uno o más átomos de carbono

adyacentes están unidos por

dobles enlaces, de modo que no están todos los enlaces ocupados con hidrógeno. Cuando solo tienen un doble enlace se les llama ácidos grasos monoinsaturados;

si

tienen más de uno son ácidos grasos poliinsaturados. Se ha comprobado

que el consumo de ácidos grasos in-

saturados es beneficioso para la salud. En cambio, los ácidos grasos saturados aumentan el riesgo de padecer enfermedades cardiovasculares, pues se acumulan en los vasos ,

sangumeos.


Debido o que los moléculas adoptan lo formo de uno línea recta. los ácidos grasos saturados tienden a ser sólidos a temperatura ambiente, ya que sus moléculas pueden apilarse como si fueron los hojas de un libro. Se encuentran en la grasa animal, la mantequilla y la manteca. Por el contrario, las moléculas de los ácidos grasos insaturados tienen dobleces debidos o los dobles enlaces, lo que impide que las moléculas se alinien estrechamente. Por ese motivo, suelen ser líquidos a tenlperatura ambiente, por ejenlplo los aceites vegetales.

UNIDAD 1 I La célula

sus

Clasificación de los ácidos grasos

... Poliinsaturados

~

Omega-3

Monoinsaturados

Saturados

¡ Omega-6

Omega-9

...

...I

EPA

AA

Ol

(ácido

(ácido

(ácido

Ac.laúrico , Ac. palmítico

araquidónico)

oleico)

Ac. esteárico

~

eicosapentaeonoico)

La denominación omega 3 u omega 6 depende de la posición en la molécula de

,

su

,

primer doble enlace.

Fuente: Valenzuela, A. y Nieto, S. "Acido docosahexaenoico (DHA) en el desarrollo fetal y en la nutrición matemo-infantil". Revista Médico de Chile [online]. Vol. 129, N° 10,2001.

•

Fosfolípidos. Son lípidos anfipáticos, es decir, su molécula tiene una región polar (hidrófila) y otra apolar (hidrófoba), esto hace que se agrupen de una manera muy particular en el agua, formando micelas o una bicapa lipídica, estructura fundamental de las membranas celulares, en ella la parte hidrofi1ica queda en contacto con el agua, mientras que la hidrofóbica queda en su interior. Una molécula de fosfolípido tiene una composición semejante a una grasa neutra. A la molécula de glicerol se une un grupo fosfato y un compuesto orgánico variable, esto constituye la región hidrófila de la molécula o "cabeza del fosfolípido". Además, se unen al glicerol dos ácidos grasos, los que forman la región hidrófoba o "colas" de la molécula.

Colas

Cabeza

fH21--0- ¡-O- R ~

I-+CH I-+CH2

Grupo fosfato

I

,

Glicerol

Acidos grasos

Agua

Micela

Bicapa lipídica

Biología

•

Esteroides. Estas moléculas son muy distintas a los demás lípidos, pues los átomos de carbono se ordenan formando cuatro anillos, tres con seis átomos de carbono y uno con cinco. A estos anillos se unen otras moléculas que diferencian a un esteroide de otro. Son esteroides de importancia biológica: el colesterol, forma parte de las membranas celulares de animales, en las que disminuye su fluidez al limitar el movimiento de los fosfolípidos; las sales biliares facilitan la digestión de las grasas en el intestino de los vertebrados; algunas hormonas en los animales son esteroides, participan en la regulación de las funciones de los organismos, como las hormonas sexuales y las de la corteza suprarrenal.

>

HO Colesterol.

O~

o Progesterona.

DATO

Debido a que el colesterol es insolubleen agua,es transportado en el plasmasanguíneounido a proteínas,dando origen a lipoproteínas. Se reconocen dos tipos importantes relacionados con la salud: la LDL o lipoproteína de baja densidad y la HDL o lipoproteína de alta densidad. El colesterol asociado a la LDL sevincula con ateroesclerosis,por tal motivo se le conoce como "colesterol malo"; a diferencia de este, el colesterol transportado en forma de HDL produce un menor riesgo de ateroesclerosis,pues disminuye los nives sanguíneosde LDL.

•

Ceras. Son moléculas muy hidrófobas derivadas de los ácidos grasos, a temperatura ambiente son sólidas. Son muy útiles en los seres vivos cumpliendo funciones de impermeabilización en piel, pelo y plumas de animales, y en las hojas, tallos y frutos de vegetales.

Las abejas utilizan cera para construir sus panales. La cera que cubre algunas estructuras vegetales impide la pérdida de agua.


1. En el siguiente esquema se representa una molécula de fosfolípido, obsérvalo y realiza lo que se plantea a continuación. A

I

CH21--0-P-0-R

I

O

F

E

a. Escribe en tu cuaderno si las regiones identificadas con las letras A y B son hidrofilicas o hidrofóbicas. b, Indica, en tu cuaderno, el nombre de las moléculas marcadas con las letras E y F. c. Indica, en tu cuaderno, a qué tipo de ácido graso corresponden las moléculas señaladas por C y D: ácido graso saturado o insaturado.

2.

De acuerdo al gráfico, responde

en tu cuaderno

las preguntas que se plantean a continuación.

Gráfico N° 2: Composición, en ácidos grasos, de las distintas grasas y aceites de uso alimentario Alimentos Mantequilla Aceite de palma Aceite de pescado Margarina Aceite de oliva

1===============----=======--------:=====:;::====1

I~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ I==~~~~~~~~~~~~~============ I-===========================~~~~

I==~~======~~~~~~~~~~~~~~~~=

Aceite de maravilla

o

40

20

80

60

100

Porcentaje de ácidos grasos totales (%) ,

,

,

A. g. saturado

A. g. monoinsaturado

A. g. omega 6

,

A. g. omega 3

Otros ácidos grasos.

Fuente: Mataix y Carazo. Nutrición poro educadores. Editorial Díaz Santos, 2005, p. 227. (Adaptación)

a. ¿Cuáles son los alimentos más saludables? Justifica tu respuesta. b. Ordena de forma decreciente los alimentos menos saludables. Fundamenta tu elección. c. ¿Qué tipo de lípidos recomendarías consumir? Fundamenta.

>

DATO

Lasvitaminas son sustanciasque, en su gran mayolía, no pueden ser sintetizadaspor los animalesobligándolos a obtenerlas a través de la alimentación. Actúan como reguladores del metabolismo, formando parte de enzimas.Su composición y estructura son muy variadas.Se clasificanen liposolubles, lasque se almacenan principalmente en el hígado; e hidrosolubles, lasque al no poder ser almacenadasse deben consumir con mayor frecuencia.

Biología

>

Proteínas

REFLEXIONA

Las proteínas son esenciales para nuestro organismo,

pues una disminución

Aunque todas las biomoléculas

en su ingesta puede provocar diversas

papel fundamental

enfermedades.

ción hereditaria.

Por ejemplo, la desnu-

son importantes

para la vida, las proteínas cumplen un

en las células, pues son el producto

de la traducción

de la informa-

trición proteica que se origina cuando se sustituye la lactancia materna

por

una dieta carente de proteínas. Como consecuencia, los niños sufren de anemia, problemas

al hígado, retención

de líquidos, entre otros. Si el pequeño sobrevive, de igual forma ve afectado su desarrollo

físico y mental.

otras enfermedades

¿Qué

puede provocar

un déficit proteico? ¿Qué medidas podrías proponer

para evitar este tipo

de problemas?

>

Las proteínas

están formadas

por una o más cadenas de aminoácidos.

Si bien en la

naturaleza se dan más tipos de aminoácidos, los seres vivos solo utilizan 20 de ellos para formar

todas las proteínas

combinan

de su organismo.

Entonces, ¿cómo estos aminoácidos

para dar origen a proteínas que desempeñan

células tienen infinitas posibilidades información

hereditaria,

funciones tan diferentes? Las

de formar proteínas, lo que está establecido

que determina

se

que los aminoácidos

en la

se puedan unir en distin-

tas cantidades y secuencias, de una forma semejante a como sucede con las letras del abecedario, con las que se pueden construir de los aminoácidos Los aminoácidos

una infinidad de palabras. La organización

de las proteínas es determinante

están formados

mayoritariamente

nitrógeno,

y algunos de ellos contienen

estructura

común constituida

en su funcionalidad. de carbono, hidrógeno,

oxígeno y

azufre y fósforo. Estas biomoléculas

tienen una

por:

Hidrógeno H Carbono a DATO

Al unirse los aminoácidos que conforman una proteína quedan en los extremos dos Grupo amino

grupos libres llamadoscarboxilo (COOH-) y amino terminal (NH2 -).

Grupo carboxilo

R Grupo radical

Para formar

una proteína,

nado enlace peptídico

los aminoácidos

que corresponde

se unen entre ellos a través del denomi-

a un enlace covalente.

forma por la interacción del grupo amino de un aminoácido aminoácido

R1

H3N

+

I -C-C I

~ -, O-

H Aminoácido 1


O

El enlace peptídico

con el grupo carboxilo

se del

siguiente. En esta reacción se libera una molécula de agua.

H

H

O

-+-N+-t-C~

I

I

H

R2

Aminoácido 2

-, O-

+

R1

O

H

I

11

I

H3N-C-C-N-C-C

I

I

I

H

H

R2

~o -, O-


>

Funciones de las proteínas

La hemoglobina es una proteína que se encuentra en loseritrocitos (glóbulosrojos) presentesen la sangre.Estaproteínatambién tiene unafunciónde transporte,puesse une al oxígenoy lo distribuye a todas lascélulas del organismo.De la mismamanera,recoge el dióxido de carbono generadoen lascélulas y lo conduce hacia los pulmones para luego ser liberado al ambiente.

Los organismos están formados por proteínas específicas que constituyen cada una de sus células, otorgándoles propiedades determinadas de estructura y funcionamiento. Por ejemplo, la distinta estructura y función de los glóbulos rojos y de las células musculares de un mismo individuo se explica, en parte, por las diferencias en las proteínas que las constituyen. Es así como en los organismos eucariontes, las proteínas cumplen las siguientes funciones: •

Estructural: forman parte de las estructuras intra y extracelulares que hacen posible la formación de tejidos. Por lo tanto, el crecimiento, reparación y renovación del organismo depende de ellas.

•

Enzimática: catalizan las reacciones químicas, es decir, aceleran la velocidad de las reacciones. Cada enzima actúa específicamente para un sustrato determinado.

•

Transporte: las proteínas que constituyen la membrana celular actúan como transportadoras de moléculas. A través de ellas la célula intercambia sustancias con el medio extracelular.

DATO

Sin embargo, algunas de las funciones de las proteínas son específicas para los organismos vertebrados, tales como:

•

Defensa: actúan como anticuerpos en la sangre de vertebrados, al organismo del ataque de agentes patógenos o de sus toxinas.

•

Movimiento: las proteínas actina y miosina, presentes en las células de los músculos, permiten la contracción muscular y por ende el movimiento de los organismos pluricelulares.

•

Mensajeros químicos: la integración de las funciones en un organismo pluricelular depende de la comunicación entre sus células. Entre las moléculas que actúan como señalo mensaje se encuentran las hormonas, que en su mayoría son proteínas.

1.

Observa la estructura del aminoácido que se muestra a continuación.

defendiendo

COO+

I

H3N-C-H

a. Identifica en el aminoácido el carbono a, los grupos ami no, carboxilo y radical.

2. Representa la formación del enlace peptídico entre dos aminoácidos.

I CH] Aminoácido feniJaJanina.

3. Analiza el siguiente diagrama y explica la importancia de las proteínas para la formación de las estructuras celulares y para el funcionamiento

de la célula. Material genético

Enzimas

Metabolismo

Biología

>

Estructuras de las proteínas

DATO

Una forma de clasificarlas proteínas es de acuerdo al número de aminoácidosque las conforman. Así, por ejemplo, al unirse dos aminoácidosseforma un dipéptido. Cuando se unen entre 8 y 10 aminoácidosse denominaoligopéptido y cuandoseunen másde 100 es un polipéptido.

En la organización estructural de las proteínas es posible distinguir cuatro niveles jerárquicos, que van aumentando en complejidad. •

Estructura primaria. Es la estructura más elemental de las proteínas, una secuencia lineal de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. La estructura primaria está determinada genéticamente, es decir, la información hereditaria establece la secuencia de aminoácidos que conformará a cada proteína que se sintetice en la célula.

o

o

o

o

o

o

11

11

11

11

11

11

NH2-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C--NH-CH-C-NH-CH-C--NH-CH-C-OH

I

I

R

R

I

R

I

R

I

R

I

R

La secuencia de aminoácidos presentes en la proteína determina, junto a factores extemos, su estructura y forma. Esto es muy importante, pues esta variable infiuye en su funcionalidad. C-C H

",-, ON

H

c-C

~("'II

»: O

/C R'" 'C

11 .....

,

H

•

c)c

,/11

-N

O

,:

':':"__Puente . . .... C H de hidrógeno

9N.....c/~ ~c . / H RC ,

C-C-N/II

C ..... N .....11

CH a hélice

Estructura secundaria. Las proteínas con estructura primaria establecen una organización espacial a través de la formación de puentes de hidrógeno entre los aminoácidos de las proteínas, produciendo plegamientos diferentes de su estructura. Estos pueden ser de dos tipos: alfa hélice y lámina beta. Ambas estructuras pueden estar presentes en una cadena polipeptídica, vale decir, en una proteína.

O

O

"'N.....c-,,:-N-eH

O

o

Esta estructura se forma a través de puentes de hidrógeno, a intervalos regulares, en una sola cadena de aminoácidos, creando una hélice. Este tipo de plegamiento otorga elasticidad a las estructuras que forma. La queratina de la lana y del pelo presentan este tiPOde organización.

En esta conformación, los puentes de hidrógeno se forman entre diferentes regiones de una proteína o bien entre diferentes proteínas cortas organizadas lateralmente. Esta conformación otorga fiexibilidad a las estructuras.

•

Estructura terciaria. Diferentes interacciones entre los grupos radicales de los aminoácidos de la misma proteína, con estructura secundaria, dan lugar a un nuevo plegamiento, generalmente de forma globular y muy compacto. En esta conformación participan principalmente los puentes disulfuro que se establecen entre dos aminoácidos que contienen azufre, como la cisteína, además de otros enlaces débiles, como los puentes de hidrógeno y las interacciones iónicas e hidrófobas entre los aminoácidos. La estructura terciaria esta íntimamente relacionada con la funcionalidad de la proteína, por esta razón, cualquier cambio en el medio podría alterar su función. Los científicos han aprovechado esta situación para manipular las proteínas alterándolas químicamente y de esta manera modificar su funcionalidad.



•

Estructura

cuaternaria,

Se forma mediante la unión específica de dos o más pro-

teínas de estructura terciaria, cada una de las cuales tiene su propia complejidad estructural. Se establece a través de fuerzas intermoleculares,

al igual que en la es-

tructura terciaria, Esta conformación

depende

de la afinidad que tenga cada una de las cadenas

polipeptídicas o subunidades que forman la estructura cuaternaria de la proteína, también llamada proteína multimérica, porque está formada por varias subunidades

>

DATO

Cuando una proteína es sometida a cambios de pH, temperatura o un agente químico, se rompen las interacciones débiles establecidas entre aminoácidos de una misma cadena polipeptídica, cambiando su estructura espacial y, por ende, su funcionalidad,

proteicas, Subunidad

La hemoglobina es un proteína formado por cuatro polipéptidos con estructura terciaria, también llamadas subunidades, Coda una de ellos contiene un ion hierro (Fe) incorporado en un grupo químico llamado Hem.

En grupo, realiza el siguiente experimento.

1.

Consigue cinco tubos de ensayo, clara de un huevo, papel absorbente, plumón permanente, vinagre, un vaso de precipitado con agua hervida, agua y parafilm o folio plástico,

2.

Mezcla la clara de huevo con 50 mL de agua, hazlo lenta y suavemente, cuidando de no agitar la mezcla, Luego, filtra esta disolución utilizando papel absorbente.

3.

Marca con plumón permanente

4.

En el tubo 1, agrega 4 mL de la solución de clara de huevo y en el tubo 2 vierte 4 mL de agua, Agrega 4 mL de la solución a

los tubos de ensayo numerándolos

del 1 al 5,

los tubos 3, 4 Y 5, Observa cada tubo antes de realizar la intervención,

Posteriormente,

al tubo 3 agrégale 2 mL de vinagre;

sella el tubo 4 con el folio plástico, agítalo con fuerza y cuidando de no quebrar el tubo de ensayo, Finalmente, coloca el tubo 5 en el vaso con agua hervida y déjalo durante

5.

10 minutos,

Registra las observaciones en tu cuaderno, Luego, responde las siguientes preguntas:

a. b. c.

¿Cuál es la función de los tubos 1 y 2? ¿En qué tubo se produce desnaturalización de la proteína? ¿Qué factores influyen en cada caso? ¿Qué efecto(s) produciría la desnaturalización de las proteínas en un tejido vivo? Explica, Biología

>

/

Acidos nucleicos

DATO

Enlos retrovirus,tipo de virusque incluyea los rotavirus,la informaciónhereditariaestá codificadaen el ARN. EsteARN es bicatenario, esto quiere decir que está formado por unadoble cadena.

Los ácidos nucleicos portan la información hereditaria que coordina y regula el metabolismo celular y determina las secuencias de aminoácidos para constituir las proteínas de cada célula. Estos están formados por moléculas más simples denominadas nucleótidos, que están compuestos por:

Base

nitrogenada

Grupo fosfato

OH

H

Pentosa

En los ácidos nucleicos, las pentosas junto con los grupos fosfato tienen una función estructural, mientras que las bases nitrogenadas determinan sus funciones en la codificación de la información hereditaria. Las bases nitrogenadas pueden ser púricas o pirimídicas, Las primeras, presentan dos anillos formados por nitrógeno y carbono en su estructura, pertenecen a este grupo la adenina (A) y la guanina (G). Las bases pirimídicas cuentan con un solo anillo, de este tipo son la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U). Para formar las cadenas o hebras de los ácidos nucleicos, los nucleótidos se unen a través de enlaces fosfodiéster, entre el grupo fosfato de uno de ellos y la pentosa del siguiente nucleótido,

Esqueleto de ribosa y gl1JpOS fosfato

Existen dos tipos de ácidos nucleicos, el ARN y el ADN, ambos con funciones y estructuras muy diferentes; sin embargo, la información que cada uno porta está codificada por la secuencia de las bases nitrogenadas que se constituye al unirse linealmente los nucleótidos,

~

ARN: ácido ribonucleico Este ácido nucleico está formado por solo una hebra de nucleótidos, aunque algunas regiones de la molécula pueden plegarse al unir sus bases nitrogenadas, formando segmentos de doble cadena. Cada nucleótido de esta molécula está compuesto por el azúcar ribosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada, que puede ser citosina, guanina, adenina o uracilo.

1.

En la célula se distinguen diversos tipos de ARN que participan en distintas actividades celulares: ARN mensajero, ARN ribosomal, ARN transferencia y ARN de interferencia, Investiga en qué procesos participan,



ADN: ácido desoxirribonucleico El ADN se encuentra tanto en células procariontes como en eucariontes, en estas últimas se ubica en el núcleo asociado a proteínas, lo que se denomina cromatina. En cambio, en procariontes se encuentra en el citoplasma en una región denominada nucleoide. Para ambos tipos celulares, el ADN constituye la información hereditaria o material genético indispensable para el funcionamiento y desarrollo de la célula. El ADN es una macromolécula formada por dos hebras de nucleótidos, enfrentadas y unidas a través de sus bases nitrogenadas complementarias mediante puentes de hidrógeno. Los nucleótidos de esta molécula están formados por un grupo fosfato, la pentosa desoxirribosa y las bases nitrogenadas citosina, guanina, adenina y timina.

>

DATO Los nudeótidos tienen otrasfuncionesen las células,por ejemploel ATP (adenosíntrifosfato)almacenaenergíaen susenlacesfosfato, la que es liberadapara llevara cabo el metabolismo celular. Otros, como el AMPc (monofosfato de adenosina cíclico) actúa como segundomensajeroen lacomunicación celular,mediandolasrespuestashormonales.

Para formar la doble hélice característica del ADN, la adenina se une con la timina por medio de dos puentes de hidrógeno y, a su vez, la citosina se une con la guanina a través de tres puentes de hidrógeno.

t-l--\

rupo

fosfato

Muchos científicos intentaron, a través de sus estudios, comprender la naturaleza fisicoquímica del material genético, entre ellos Wilkins, Franklin, Chargaff, Watson y Crick. Estos últimos postularon, en el año 1953, un modelo estructural de la molécula de ADN, lo cual marcó un hito en la historia de la biología. Este modelo continúa vigente y permitió explicar procesos como la replicación del ADN y la participación de esta molécula en la síntesis de proteínas.

>

EN

LA RED

Digita el código: MB1041. Observa el video y explicacuáles la diferenciaentre cromatina y cromosoma.

1. En tu cuaderno, elabora una tabla comparativa entre el ARN y ADN. Considera características como: número de hebras, tipo de pentosa, bases nitrogenadas y función.

411

Biología

Por una nueva actitud

¿Cómo mejorar la dieta de los chilenos? Explorar el problema Nuestro país tiene uno de los más altos porcentajes de obesidad infantil en el mundo. Según un estudio de la Junta Nacional de Auxilio Escolar y Becas (lunaeb) del año 2005, el 17,3% de los niños chilenos de primero básico son obesos. También en los adultos se presenta el mismo problema: según la Encuesta Nacional de Salud del año 2003, el 23% de ellos es obeso y el 38% tiene sobrepeso. Esta situación es muy alarmante, pues tiene directo impacto en la salud y calidad de vida de las personas. La obesidad se asocia a enfermedades cardiovasculares, diabetes tipo 11, cálculos biliares, insuficiencia respiratoria, problemas óseos y articulares, alteraciones en la piel e infecciones de hongos y trastornos psicosociales, como estrés y depresión. Se estima que el gasto en atenciones de salud derivadas de la obesidad alcanza cerca de 200 millones de dólares anuales.

En los últimos años, el sobrepeso y la obesidad en la población chilena ha ido en aumento. Se calcula que en el año 2010 cerca de 10 millones de personas padecerán problemas de sobrepeso en nuestro país. Este incremento se debe, entre otros factores, a los cambios en el estilo de vida que ha experimentado la población. Por ejemplo, la adquisición de bienes, como el automóvil o el televisor, ha tenido efectos negativos sobre la realización de actividad física. Se estima que más del 90% de los chilenos son sedentarios, es decir, son personas que realizan actividad física menos de tres veces por semana. No menos importante es que, actualmente, la dieta de los chilenos se caracteriza por un alto consumo de "comida chatarra": alimentos procesados que poseen un alto valor energético y son ricos en azúcares, grasas saturadas y ácidos grasos transo En escolares chilenos la situación no es muy alentadora, estudios realizados en este sector de la población han revelado un bajo consumo de pescados, lácteos, frutas y verduras, y un alto consumo de alimentos como papas fritas, completos, mayonesa, galletas, sopaipillas y dulces en general.

Gráfico N° 3: Consumo de alimentos durante la última semana en jóvenes de 15 a 19 años

• Todos losdías 70~---------------------------por semana • 2-3 díasa lasemana 60~-----------------------------------~.~~I-ve-z-a~la-s-e-m-a-n-a------------------------------.

-

6S

40,3

~ 40,1 ~40~~r_~--------------~

'g

31

e

~ 30--,---, O

26,4

22,6

c...

20

15,6

11

10

6,3

0,7

0...1...--Verduras

Frutas

Frituras

Pescado

Alimentos

Fuente: Minsal. Segundo Encuesto de Calidad de Vida y Salud. Chile, 2006. (Adaptación)



Lo anterior concuerda con los resultados de la Primera En-

La importancia

cuesta Nacional de Salud del año 2003, que revelan que el

aporte en proteínas, vitaminas, minerales, ácidos grasos poli-

promedio

bueno") en la sangre

insaturados omega-6 y omega-3. Los ácidos grasos omega-6,

es de 45 mg/dl, valor que está por debajo de los 60 mg/dl de

los que también se encuentran en algunos aceites vegetales,

HDL recomendables. Por otra parte, el nivel de LDL ("coles-

ayudan a disminuir los niveles de colesterol total y LDL en la

terol

sangre. Por su parte, los ácidos grasos omega-3 disminuyen el

nacional de HDL ("colesterol

malo")

promedio

óptimo

debería ser menor

a 100 mg/dl y el

nacional fue de 115 mg/dl.

del consumo

de pescado radica en el rico

LDL y aumentan el HDL. Estos ácidos grasos son esenciales para el organismo porque solo los puede obtener mediante

Para revertir esta situación se han desarrollado diferentes ini-

la alimentación.

ciativas que pretenden mejorar los hábitos alimenticios y actividad física de los chilenos. Una de ellas fue el proyecto

El DHA es un ácido graso omega-3 requerido

"Desarrollo

les en el cerebro y en la retina, convirtiéndose

de productos

innovativos y sistemas de promo-

ción para incrementar el consumo de pescado a nivel infantil"

esencial para el óptimo

(2004-2005),

repercute

dirigido por la Fundación Chile con la partici-

pación del INTA (Instituto de Nutrición Alimentos

y Tecnología de los

de la Universidad de Chile), la Pontificia Universi-

funcionamiento

en altos niveen un nutriente

neuronal,

lo que

en el aprendizaje, en el desarrollo mental y en la

agudeza visual. También, tiene participación génica yen el funcionamiento

en la regulación

del sistema inmune. Pero su rol

dad Católica y la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso.

más destacado es como componente

A través de este proyecto

lares, formando parte de los fosfolípidos, otorgándoles fluidez.

se elaboraron

alimentos de alto

de las membranas celu-

consumo por niños, como las salchichas y las hamburguesas,

Esta característica es muy importante

a base de pescado, resultando

función del sistema nervioso y visual de los mamíferos.

más saludables.

A pesar de su riqueza en productos

marinos, Chile presenta

Es por esto que se recomienda

durante la formación y

preferir

los denominados

bajos niveles de consumo de pescado a nivel mundial, siendo

"pescados azules", que son aquellos que tienen sobre un 3% de

el mayor consumidor Japón, donde anualmente cada persona

materia grasa, como el jurel, atún, salmón, anchoas, cojinova,

consume en promedio

sierra y trucha, de los que se sugiere consumir 2 porciones

70 kg de pescado, en Perú 20 kg Y en

por semana.

Chile solo 5,5 kg. Gráfico N° 4: Consumo

de pescado por persona al año

(kg) 80

70 60 50

40 30 20 10 O +-__'__-'--Chile España y Grecia Portugal País Fuente: Valenzuela, A.

"Pescado

escaso

Japón

Perú

Trucha.

en nuestro plato yen el mar",

Nutrición 21, INTA, N° 20, marzo-abril, 2008. (Adaptación)

Biología

,

Acido graso trans

Acido graso cís

Por otra parte, se recomienda evitar o reducir el consumo de ácidos grados saturados, principalmente el consumo de ácidos grasos trans, tipo de ácido graso insaturado empleado en la industria alimenticia para dar mayor estabilidad y duración a productos como la margarina y la manteca. Existen dos formas de moléculas de ácidos grasos insaturados, la forma as y la forma trans, las que se diferencian en la orientación espacial de sus átomos. Su diferente forma les da propiedades distintas; las moléculas de ácidos grasos cis forman estructuras más flexibles que las formadas por ácidos grasos transo Todas las funciones metabólicas y estructurales, como la síntesis de membranas celulares, en que la célula emplea ácidos grasos se asocian a la forma cís de estos. Asimismo, se ha demostrado que el consumo de ácidos grasos trans, al igual que el de los ácidos grasos saturados, se relaciona con el desarrollo de enfermedades cardiovasculares.

,

R

H

""'/e

R

""'/e

H

Los ácidos grosos insaturados presentes en alimentos como lo margarina y lo manteca son sometidos a un proceso de hidrogenación, como consecuencia de esto, lo posición de los átomos de lo molécula cambio y se transfonnan en los nocivos ácidos grasos transo Codo vez que consumos alimentos observo su infonnación nutricional y elige aquellos que contengan mínimos cantidades de ácidos grasos saturados y de ácidos grasos transo

,

Fuente: Valenzuela, A. "Acidos grasos con isomería trans 1:su origen y los efectos en la salud humana". Revisto Chileno de Nutrición [online]. Vol. 35, No. 3, 2008.

Gráfico N° S: Prevalencia de factores de riesgo de enfermedades

cardiovasculares

según sexo

50

46,3

45 40

j7,2 I

45,4

31,6

35 ..-..

c30

.....ro Q)

c: 25 Q)

U L..

o 20

17,5

n,

15 2,2

10 5

11,3

4,7

~,~-I

4,7 1

O

,

,

Hipertensión Hombres

Obesidad Mujeres

,

Sobrepeso

1,5 1

Glicemia elevada

Factor de riesgo

,

,

Concentración de HDL bajo

,

Concentración LDL alto

de

Fuente: Bustos, P. y otros. "Factores de riesgo de enfermedad cardiovascular en adultos jóvenes". Revisto Médico de Chile, 131. 2003. pp. 973-980.



Analizar el problema A partir de la información entregada, de tu propia búsqueda y de tu reflexión, responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. ¿Cuáles son los principales motivos por los que es necesario reducir el nivel de obesidad y el sobrepeso en la población chilena? 2. ¿Qué enfermedades se asocian a la obesidad? 3. ¿Qué factores han favorecido el aumento en el porcentaje de personas obesas, sobre todo niños, en nuestro país? 4. ¿Qué tipo de alimentos predominan en la dieta de los chilenos? 5. De acuerdo al gráfico N° 3, ¿qué alimentos son los más consumidos por los jóvenes?, ¿y cuáles menos? 6. En general, ¿con qué frecuencia consumen pescado los jóvenes? 7. ¿Qué alimentos deberían ser más consumidos por personas de tu edad? Explica. 8. ¿Cómo son los valores promedio de HDL y LDL en la sangre de los chilenos? ¿Cuál es la posible causa de estos resultados? 9. ¿Por qué es importante consumir preferentemente ácidos grasos poliinsaturados? 10. ¿Qué beneficios trae el consumo de los denominados "pescados azules"? 11. ¿Qué son los ácidos grasos trans y qué problemas de salud ocasionan al consumirlos?

12. Según el gráfico N° 5, ¿cuál es el principal factor de riesgo que puede provocar una enfermedad cardiovascular en ambos sexos? Fundamenta. 13. En relación a los datos de gráfico N° 5, ¿qué importancia tiene una dieta alimenticia equilibrada? Explica.

1.

Tomar una decisión 1. 2. 3. 4. 5. 6.

¿Te preocupas por mantener un buen estado de salud?, ¿de qué manera? ¿Cuántas veces a la semana consumes algún tipo de pescado? ¿Qué tipo de aceites consumen en tu familia? ¿Te preocupas por consumir aquellos que tienen mayores beneficios para tu salud? Da un ejemplo. Si sales a comer con tu familia, ¿qué alimentos prefieres? ¿Realizas actividad física?,¿con qué frecuencia?

Mi compromiso: •

Junto a un grupo de tres compañeros o compañeras creen una receta para cocinar un pescado de los denominados azules o bien busquen en internet alguna que puedan preparar en sus casas. Deben procurar que sea saludable, evitando los ácidos grasos saturados y los ácidos grasos trans, y privilegiar los ácidos grasos insaturados. Junto a la receta deben incorporar los principales nutrientes aportados por los ingredientes usados y los beneficios que estos traen a la salud.

Biología

Mirada al Bicentenario

En Chile, un nuevo tratamiento para las quemaduras En Chile, la causa más común de quemaduras en los niños es el derrame de líquidos calientes, mientras que en los adultos es el contacto

directo

con fuego.

Las personas

afectadas

por

El uso de láminas de quitosano

quemaduras graves, es decir, aquellas que involucran la pérdida

particularmente

de las capas más profundas de la piel y que se extienden

mostrado

diámetro

mayor a 5-8 cm se exponen

principalmente

un a la

quemaduras

para cubrir

superficiales

las heridas,

e intermedias,

ha

excelentes resultados. Se ha observado que su uso

acelera el proceso de regeneración del tejido, sin necesidad de

infección de las heridas y a la pérdida de fluidos corporales.

realizar un injerto; estimula la migración de macrófagos al lugar

Actualmente,

el tratamiento

de la herida; actúa como antibiótico

consiste

realizar

en

procedimientos

injertos

para este tipo de

piel

de quemaduras

natural

o

artificial,

que, por lo general, son de larga duración y

además muy dolorosos.

sobre una amplia variedad

de bacterias; evita la pérdida de líquidos corporales y permite una óptima

permeabilidad

de oxígeno,

previniendo

el flujo

excesivo de este gas a los tejidos dañados. Otra ventaja es su degradación por enzimas producidas por el organismo humano,

Motivados por el desafío de mejorar la recuperación de los niños quemados,

un equipo de científicos chilenos, liderado por el

por lo que no es necesario retirarlo de la herida causando dolor y molestias en el paciente.

doctor Galo Cárdenas, perteneciente al Centro de Investigación de Polímeros Avanzados

(CIPA), en la Región del Biobío, ha

Por otro lado, además de mejorar la efectividad de los trata-

trabajado en la producción de apósitos que permiten una mejor

mientos de heridas, especialmente

y más rápida cicatrización de este tipo de heridas. Estos apósitos

los apósitos

son delgadas láminas transparentes, semejantes al papel celofán,

producción es más económica que otros tipos de tratamientos.

fabricadas con quitosano, un producto

de quitosano

de quemaduras, el uso de

disminuye

los costos,

pues su

elaborado a partir de la

quitina.

Desde el año 2008, el Dr. Cárdenas y su equipo han mostrado nuevos avances en el empleo del quitosano. Esta vez se trata de

La quitina es un polisacárido

nitrogenado

y es, después de la

celulosa, el más abundante en la naturaleza. Se halla en el exoes-

utilizarlo como una matriz de crecimiento

óseo, en articulaciones desgastadas por la artrosis.

queleto de crustáceos, insectos y paredes celulares de hongos. El quitosano es un polisacárido derivado de la quitina, el cual tiene variadas aplicaciones, por ejemplo, en la elaboración de cremas y pastas de dientes; como emulsificante y pre:>s,e::rvQ:~a:~n.t~e~d~e~::::::::::::~ii alimentos, y en la agricultura para proteger a los v infecciones por hongos y bacterias. Las investigaciones Cárdenas y su equipo se enfocan en generar nuevas aplicaciones médicas de este polímero orgánico. La quitina se obtiene a partir de langostinos (Pleuroncodes monodon).


para regenerar tejido

Lectura científica


Comprendo lo que leo 1.

¿Qué propiedades tiene el agua en estado líquido que permiten el desarrollo de la vida?

2.

¿Qué hechos permiten sustentar la idea de que el agua de nuestro planeta tiene un origen extraterrestre?

3.

¿Qué lugares del Sistema Solar hacen suponer la existencia de agua líquida?

4.

¿Qué razones podrá tener Paul Davies para proponer que es necesario modificar los criterios ambientales para la búsqueda de vida extraterrestre?

Biología

Síntesis •

•

La teoría celular establece tres postulados: (Págs. 12 y 13)

La célula procarionte.

(Págs. 14 y 15)

1. Todos los organismos están constituidos por células, Pared celular

vale decir, la célula o sus productos son la unidad estructural de los seres vivos. 2. Toda célula proviene de otra preexistente, es decir, cada célula se divide dando origen a dos células hijas, por lo que la célula es la unidad de origen y reproducción de los seres vivos. 3. En las células ocurren los procesos metabólicos que dan cuenta de las funciones vitales de los organismos; la célula es la unidad funcional de los seres vivos.

•

Ribosoma

Nucleoide


Células

La célula eucarionte. (Págs. 16, 17, 18)

Cloroplastos,

donde

ocurre la fotosíntesis. Centríolos: organizan la disposición de los microtúbulos.

~----

Estructura exclusiva

------1

1---

Estructuras exclusivas

---~--~

Pared celular, mantiene la forma celular. Vacuola, almacena

Animal

Vegetal

agua y otras sustancias.

Estructuras en común

REL: síntesis de lípidos y detoxificación.

Ribosomas: síntesis

Núcleo: contiene el

Lisosomas: digestión

de proteínas.

material genético.

intracelular.

Aparato de Golgi: modificación química de proteínas y hpidos,

Cito esqueleto:

Mitocondrias: producción de A TP.

mantención de la forma celular.

•

Se denomina metabolismo al conjunto de reacciones químicas que ocurre en una célula. Entre estas encontramos: las reacciones anabólicas, en las que se consume energía para sintetizar sustancias, y las reacciones catabólicas, donde se degradan sustancias liberándose energía,

•

(Pág. 19)


48

Peroxisomas: degradación de sustancias tóxicas.

Las células están formadas principalmente por átomos de oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, pequeñas cantidades de fósforo y azufre, y otros oligoeiernentos. (Pág. 18)

UNIDAD 1 I La célula y sus componentes •

Estos átomos de carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno se combinan para formar moléculas inorgánicas y orgánicas que constituyen a los seres vivos. Las principales moléculas inorgánicas que constituyen a los seres vivos son: Agua. Sus moléculas se unen a través de puentes de hidrógeno; presenta las siguientes propiedades: ser un solvente universal, cohesión, capilaridad, tensión superficial y elevado calor específico. (Págs. 21-23) Sales minerales. Se encuentran en pequeñas cantidades en el organismo y son fundamentales para su funcionamiento. (Pág. 24) Gases. El cuerpo humano está en constante intercambio de oxígeno y dióxido de carbono. (Pág. 25)

•

Las biomoléculas orgánicas que conforman a los seres vivos son:

Carbohidratos.

Lípidos.

Proteínas.

,

Acidos nucleicos.

Moléculas formadas por carbono, oxígeno e hidrógeno.

Monosacárido.

Moléculas formadas porcarbono,ox~eno e hidrógeno.

Energética.

Glucosa (monosacárido). Sacarosa (disacárido). Glucógeno (polisacárido).

Energéticas, aislantes , . . terrrucos, mensajeros , . qurmcos.

T riglicéridos, fosfolípidos, esteroides y ceras.

Moléculas formadas fundamentalmente por carbono, oxígeno hidrógeno y nitrógeno.

Aminoácido.

Estructural, enzimática, transporte, defensa, movimiento, mensajeros , . qurrrucos.

Hemoglobina.

Moléculas formadas fundamentalmente por carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y fósforo.

Nucleótido.

Contener información hereditaria de la célula.

ADN Y ARN.

49

Biología

Evaluación final

1 Indica a qué

postulado de la teoría celular hacen referencia las siguientes imágenes y justifica tu respuesta.

Células en división.

Tejido vegetal.

2

En tu cuaderno escribe las estructuras

3

En el esquema se representan

Protozoos.

comunes y exclusivas de una bacteria, de una célula de alga y de una célula animal.

las etapas generales del proceso de liberación de hormonas

membrana plasmática celular. Indica qué función le corresponde

proteicas y de la formación de

a cada organelo.

Núcleo---

Aparato de Golgi

a. Contiene la información para sintetizar las proteínas que catalizarán las diferentes reacciones metabólicas y que serán liberadas de la célula. Degrada moléculas orgánicas y genera el ATP necesario para aportar la energía a los procesos anabólicos.

b. c. En ellos se realiza la síntesis de las proteínas que serán exportadas desde la célula. d. Se encarga de modificar físicamente las proteínas y de transportarlas. e. En su interior hay enzimas que modifican químicamente las proteínas y lípidos, y los envía, en pequeñas vesículas, a su destino. Se encarga de sintetizar lípidos que forman parte de las membranas celulares.

f. g. Movilizaa las diferentes vesículas hasta su destino en la membrana plasmática. Santillana Bicentenario


4

Responde en tu cuaderno: ¿por qué cuando ocurre un cambio o mutación en la información genética de una célula, también cambia su estructura y su funcionamiento?

5

Escribe el símbolo químico de los elementos que componen a las siguientes biomoléculas orgánicas. En la intersección de los círculos escribe los símbolos químicos de los elementos que son comunes a todas ellas. Luego, responde en tu cuaderno.

Lípidos

Proteínas

Carbohidratos

a. b.

6

¿Cuáles son los elementos químicos comunes a estas tres biomoléculas? De acuerdo a su composición

química, ¿estas moléculas son orgánicas o inorgánicas? Fundamenta tu respuesta.

Completa las siguientes oraciones en tu cuaderno.

a.

Los reserva, aunque las

b,

c.

son la fuente primaria de energía para la célula; los

son la energía de

también pueden ser empleadas para obtener energía.

Hay proteínas celulares que cumplen una función estructural, porque

, mientras que otras aceleran

los procesos metabólicos, es decir cumplen una función

_

Los

y a través de esto el funcionamiento

son moléculas que dirigen la síntesis de proteínas,

y estructura celular.

d.

Los

son un tipo de lípido que forma parte de la membrana celular.

Biología

7

Observa y analiza los gráficos que muestran

la diferencia en la composición

Gráfico N° 6: Planta

química de una planta y un animal.

Gráfico N° 7: Animal

.----Agua

.----Agua

74%

60%

--

Lípidos Lípidos -

Glúcidos

0,6%

20%

0,8% Sales minerales __

_J

3,2%

Proteínas

'---

Glúcidos

Sales minerales --'

Proteínas

19%

3,4%

16%

3,2%

Fuente: Archivo editorial.

a. ¿Cuál es la biomolécula que se encuentra en mayor cantidad en ambos seres vivos? ¿Cuáles son sus funciones? b. ¿Por qué las plantas tienen mayor cantidad de carbohidratos que los animales? Explica y describe las funciones que estos cumplen en los organismos.

c. Explica por qué los animales presentan en su composición mayor proporción de lípidos y proteínas. Fundamenta y describe las funciones que estas biomoléculas cumplen en los organismos.

8

Un científico encontró

un ser vivo microscópico,

varias horas bajo un microscopio.

En tu cuaderno

a. b. c. d.

constituido

por una célula. Debido a que no supo clasificarlo, lo observó

Después de 2 horas, obtuvo los siguientes resultados:

N° de células

Tiempo (min)

2

20

4

40

8

60

16

80

32

100

64

120

Fuente: Curtis y Bames, Biología. México: Editorial Médica Panamericana, 6ta edición, 2006.

realiza las siguientes actividades:

Gráfica los datos de la tabla. De acuerdo a las observaciones

del científico, infiere: ¿a qué ser vivo podría corresponder?

¿Cómo se denomina su forma de reproducción? ¿De qué tipo celular está constituido?



Reviso •



DESCRIPTOR:

PREGUNTA

PUNTAJE

¿QUÉ DEBES HACER? Si obtienes menos de 2 puntos, realiza

Reconocer los postulados de la

1

teoría celular.

la actividad 1. Si obtienes 2 puntos, realiza la actividad 2.

Diferenciar la estructura de las

Si obtienes menos de 11 puntos, realiza

células procariontes y eucariontes,

2,3 Y 8

la actividad 3. Si obtienes más de 11

y célula animal y vegetal.

puntos, realiza la actividad 4.

Reconocer la importancia del

Si obtienes menos de 2 puntos, realiza

metabolismo

4

en el funcionamiento

la actividad 5. Si obtuviste 2 puntos,

celular.

desarrolla la actividad 6.

Describir la composición

Si obtienes 3 puntos o menos, realiza la

de las

5

biomoléculas orgánicas.

actividad 7. Si obtienes más de 3 puntos, realiza la actividad 8. Si obtienes 7 puntos o menos, realiza la

Reconocer las funciones de las

6y7

biomolécu las.

actividad 9. Si obtienes más de 7 puntos, desarrolla la actividad 1O.


1. Investiga los hitos en las investigaciones de Schleiden, Shwann y Virchow que los llevaron a proponer la teoría celular.

Actividad

2.

Investiga los fundamentos

Actividad

3.

Construye un modelo tridimensional de una célula procarionte y de una célula eucarionte (animal o vegetal).

Actividad

4. Compara funcionalmente entre: mitocondrias/cloroplastos;

Actividad

5.

En un esquema relaciona los organelos con una función anabólica o catabólica.

Actividad

6.

Investiga las siguientes enfermedades

Actividad

7.

Pega en tu cuaderno las fórmulas químicas o estructurales de: glucosa, ácido graso, nucleótido y cisteína. Indica los

de la terapia con células madre y reconoce en ellos los postulados de la teoría celular.

RERlREL; lisosomas/peroxisomas;

RE/aparato de Golgi.

metabólicas: de Tay-Sachs y fenilcetonuria.

elementos químicos presentes en ellas. Actividad

8.

Construye

el modelo

de una molécula de metano (CH4) y del aminoácido

metionina, que permita explicar las

características del átomo de carbono. Actividad

9.

Elabora un cuadro de las biomoléculas orgánicas y sus funciones.

Actividad

10. Investiga a qué tipo de biomolécula orgánica corresponden: ARN mensajero, cata lasa,glucosa, fosfatidilcolina, bomba de sodio-potasio

y ADN

polimerasa. Indica la función de cada una en la célula. Biología

u En esta sección te invitamos a resolver preguntas similares a las expuestas en la PSU, cuyas claves están en el Solucionario. Para comenzar, revisa el análisis de una de ellas.

Analizando una pregunta Responde la siguiente pregunta y, solo después de contestarla,

1

revisa la corrección

de las alternativas.

En las células procariontes, una de las funciones asociadas a la pared celular es: A. B. C. D. E.

permitir la movilidad celular. otorgar forma y rigidez a la célula. sintetizar moléculas como las proteínas. participar en procesos metabólicos. regular el paso de sustancias entre la célula y el exterior.

Corrección: En una célula procarionte, la movilidad celular está dada por el flagelo, por lo tanto la alternativa A es incorrecta. La pared celular es una estructura rígida formada por azúcares, lo que le permite moldear la forma celular y dar rigidez a la célula, entonces la altemativa B es correcta. En toda clase de células, los ribosomas sintetizan las proteínas, por lo que la altemativa C es incorrecta. En células procariontes, la actividad metabólica se lleva a cabo en el citoplasma yen los mesosomas, por lo tanto la alternativa D es incorrecta. En toda la clase de células, es función de la membrana plasmática regular el tránsito de sustancias desde y hacia ella.

2

3

De las siguientes afirmaciones, ¿cuáles hacen referencia a los postulados de la teoría celular?

1. Bacterias. 11. Arqueobacterias. 111. Protozoos. IV. Algas verdeazules.

1. Existen células procariontes y eucariontes. 11 En las células ocurren los procesos metabólicos. 111. Una célula se puede dividir y originar dos células hijas. IV. Las biomoléculas que constituyen a las células son similares. V. Las células constituyen a los seres vivos.

A. B. C.

D.

E.

A. B.

1,lIylll 1,111 Y IV 11,111 Y IV 1I,IIIyV 111, IV Y V


¿Cuál(es) de los siguientes grupos de organismos están formados exclusivamente por células procariontes?

C.

D.

E.

54

Solo I Sololyll 1,11Y IV 1,111 Y IV Todas.


4

¿Cuáles de los siguientes componentes

8

de una célula

eucarionte se relacionan con procesos de formación

¿Cuál(es) de las siguientes características son propias de los lípidos?

de nuevas moléculas? 1.

5

Son altamente solubles en agua.

A.

Ribosomas y REL.

11. Poseen átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno.

B.

Núcleo y lisosomas.

111.

Son moléculas sin cargas eléctricas.

C.

Membrana plasmática y RER.

D.

Mitocondrias y peroxisomas.

Solo I

E.

Aparato de Golgi y centríolos.

A. B. C. D.

I Y III

E.

II Y III

¿Qué sucedería en una célula eucarionte si su aparato de

Solo II Solo III

Golgi ha sido inactivado como parte de un procedimiento experimental?

6

9

La desnaturalización de las proteínas corresponde

A.

Aumentaría

la síntesis de los lípidos.

cambio estructural que estas experimentan,

B.

Aumentaría

la producción

su conformación

C.

No se sintetizarían proteínas en los ribosomas.

D.

Disminuiría la producción

E.

Disminuíria la cantidad de sustancias digeridas.

de ácidos nucleicos.

a un

perdiendo

espacial y alterando sus propiedades

físicas y químicas. En el caso de las enzimas:

de peroxisomas. A.

se destruyen los enlaces peptídicos.

B.

pierden su funcionalidad.

C.

se altera el orden de sus aminoácidos.

La transpiración es una forma que establecen numerosos

D.

puede catalizar más de un tipo de reacción química.

seres vivos para regular su temperatura

E.

Todas son correctas.

ocurre

eliminando

agua al exterior,

intema. Esto

que al evaporarse

transfiere energía calórica al ambiente. ¿Qué propiedad

10

de la molécula de agua se relaciona con este fenómeno?

Las proteínas son fundamentales en nuestra alimentación, puesto que a nivel estructural:

7

A.

Polaridad.

B.

Tensión superficial.

1.

aportan los aminoácidos para la síntesis proteica.

C.

Capilaridad.

forman parte de las membranas celulares.

D.

Capacidad de disolver sustancias.

11. 111.

E.

Elevado calor específico.

Qué

diferencia(s)

existe(n)

generan energía inmediata para la formación de nuevas estructuras.

entre

una proteína

y un

polisacárido como el almidón? 1.

La unidad básica que los constituye.

11. 111.

Son polímeros orgánicos.

A.

Solo I

B.

Solo II

Su función energética.

A. B. C. D.

Solo I

E.

1,IIylll

Solo II I Y II II Y III

PSU. Ciencias, Módulo Común. Forma 2. Santiago: Editorial Leppe, 2004.

C. Solo III D. I Y II

E.

I Y III

155

I

Biología

rana

SITUACiÓN

1

,

Solución saturada de azúcar -----

Agua----------------------

Membrana sintética (papel celofán)

Después de una hora aproximadamente ... Santillana Bicentenario

1561

Observa las imágenes y responde.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

• Conocerás

¿Qué ocurre en la situación 1? Describelo en tu cuaderno. ¿Cómo podrías explicar lo ocurrido? ¿Qué ocurre en la situación 2? Describelo en tu cuaderno. ¿Qué explicación podrías dar a lo sucedido? A partir de estas dos situaciones, ¿qué características debe tener la membrana sintética? ¿Crees que ocurrirá lo mismo con las membranas presentes en las células?

SITUACiÓN

2

~

--=

los tipos de tejidos del cuerpo humano. la estructura y función de la matriz extracelular y de las uniones celulares. la estructura de la membrana plasmática. las propiedades y funciones de la membrana plasmática. el concepto de transporte celular. los tipos de transporte celular: pasivo y activo. los mecanismos de transporte pasivo: difusión, difusión simple, difusión facilitada y osmosis. los mecanismos de transporte activo: primario, secundario y transporte de macromoléculas. • Desarrollarás

-

1 Al cabo de unos minutos ... ucron de azul de metileno .t ,

habilidades para:

inferir los resultados de una situación experimental. interpretar gráficos. obtener información desde una tabla de resultados. realizar un montaje experimental. analizar resultados de un experimento .

_

---

Membrana sintética (papel celofán)

• Desarrollarás

actitudes para:

practicar hábitos tendientes al cuidado de la salud. respetar las normas del Ministerio de Salud en tomo a la extracción y consumo de mariscos. apreciar los aportes de la investigación científica y su aplicación en el tratamiento de enfermedades. valorar el desarrollo de la ciencia en nuestro país.

-----Agua

,

y comprenderás:

t

15711

Biología

Evaluación di

1 En tu

cuaderno,

,

.

nostica

escribe cuáles de las siguientes biomoléculas

son componentes

de las membranas celulares de células

eucariontes.

Agua

Ca rboh id ratos

Proteínas

Minerales

.

Vitaminas

Gases

2

En tu cuaderno,

3

Observa los esquemas y, en tu cuaderno,

4

Acidos nucleicos

señala dos ejemplos de tejidos que formen el cuerpo humano e indica qué órganos constituyen.

responde las preguntas que se plantean a continuación.

Fosfolípido.

a. b. c. d. e.

Lípidos

Organización de los fosfoJípidos en lo superficie de aguo.

Organización de los fosfolípidos en uno solución acuoso.

En la molécula del fosfolípido, indica la región polar o hidrofilica y la región apolar o hidrofóbica. ¿Cuál es la composición química de la región hidrofl1ica del fosfolípido?, ¿y de la región hidrofóbica? A partir de la composición de los fosfolípidos, explica por qué estos se organizan de esa manera en la superficie del agua. Explica por qué los fosfolípidos se organizan en forma de micelas cuando se encuentran en solución acuosa. ¿Qué biomoléculas forman parte de las membranas celulares eucariontes?

Los paramecios son organismos unicelulares eucariontes heterótrofos. que se indican a continuación,

elige las que cumple en estos organismos y justifica tu elección.

Funciones de la membrana plasmática:

mantención de la forma celular. incorporación de nutrientes del ambiente. eliminación de desechos hacia el ambiente. recepción de señales del ambiente. producción de A TP. Paramecio.


Del listado de funciones de la membrana plasmática

UNIDAD 2 I Membrana plasmática

5

El siguiente esquema representa

la distribución

de las moléculas de dos sustancias en un recipiente,

en un tiempo

O.

Responde las preguntas que se plantean a continuación. o

0

0

o

O

00000

00 o o

°

o

o

o

o

0000°0 0000000000 o O 0 o

O

00 0"

o

o

o

0000000°00000 o 00 o 0 0 o 00 0 0 o

0000000

o o o

o

o

o o

00

O

o

o

o

o o o

o

00

o

o

o

o o o

o

000 000 00000

Tiempo O

a.

¿Cuál de los siguientes esquemas representa de mejor manera la distribución probable de ambas sustancias al transcurrir el tiempo? Fundamenta tu elección. Situación A O

O 00

o o 0000000 o o o o o 00 000 o o o o o o O o o o o o 00 o o o o o o o o o o o o o o o o O 00 o o o o o o o 00 o o o o O o o o o O 00 o o o o o o o o 0 o o o 000 o 0 o 00 o o o O 00 o o o o o o o o o o o o

b. c.

°

o

Situación B

o o

¿Mediante qué proceso se produce la distribución de las sustancias en el recipiente? ¿Qué otro ejemplo puedes dar en donde ocurra este fenómeno?

Reviso --------------------------•


y luego escribe tu puntaje en el cuadro.

DESCRIPTOR:

PREGUNTA

Reconocer las moléculas orgánicas que forman la membrana plasmática.

1

Identificar tejidos que forman el cuerpo humano.

2

Reconocer las características de los componentes de la membrana plasmática.

3

Identificar las funciones de la membrana plasmática en un organismo eucarionte. Inferir el resultado de una situación experimental, de difusión y ejemplificarlo.

describir el fenómeno

PUNTAJE

4

5

Biología

1. La célula y su entorno Como ya sabes, la célula es la unidad estructural y funcional de todos los seres vivos. Los organismos eucariontes multicelulares están formados por diferentes tipos de células, algunas muy especializadas, con diversas formas y funciones. Así, las células no están solas ni aisladas,sino que se agrupan según sus características morfológicas y funcionales, dando origen a los distintos tejidos. A partir de una sola célula, el cigoto, en el cuerpo humano se originan los diferentes tipos de tejidos. Estos se clasifican en cuatro tipos básicos:

•

Tejido muscular. Es muy importante, pues a través de su contracción y relajación, permite el movimiento

I•

de

Tejido conjuntivo o conectivo. Es el más abundante en el organismo y agrupa a una serie de tejidos que tienen

nuestro cuerpo. Las células que forman este tejido pre-

un origen embrionario

sentan una alta especialización, tienen forma alargada

mantiene unidos a los otros tejidos del organismo, los

y se denominan miocitos.

protege y les otorga sostén.

En el cuerpo humano

Entre los principales te-

existen tres tipos de

jidos conectivos se en-

tejido muscular. es-

cuentran la sangre,la

quelético,

dermis y el tejido

liso y

El tejido

conjuntivo

,

cardíaco.

oseo.

•

Tejido muscular esquelético.

•

común.

Tejido nervioso. Este tejido está formado por células

Tejido óseo.

•

T ejido epitelial. Las células que constituyen este tejido se

muy especializadas: las neuronas, que propagan el im-

unen fuertemente para formar una lámina muy resistente

pulso nervioso. Otras células que forman este tejido son

que recubre y protege a los órganos y demás tejidos.

las neuroglias, indispensables para el funcionamiento

Además, presenta terminaciones ner-

óptimo

Este tejido se encuentra

viosas sensoriales. El tejido epitelial reviste, por

principalmente en el

ejemplo, las paredes

sistema

del estómago y re-

de las neuronas.

nervioso

central y periférico.

cubre

todas

las

cavidades presentes en el organismo.

Tejido epitelial Tejido nervioso.


(intestino delgado).

~ ~~~.

~

•


Matriz extracelular

DATO El colágeno es la proteína más abundante del

La organización

de las células en tejidos requiere de un conjunto

de moléculas

de adhe-

sión celular, que faciliten la unión entre sí; de la existencia de uniones celulares y de una estructura

que les brinde las condiciones

su reproducción,

Estas últimas funciones las cumple la matriz extracelular

las mismas células o aportados mulan y se unen formando

por el torrente

componentes

sanguíneo, Estos componentes

una red que interactúa

plasmática, creando un ambiente

Los principales

(MEC),

con la superficie

extracelular

se acude la

de la MEC son:

en el organismo puede provocar escorbuto, son sangrado de encíase incluso caída de los dientes, pequeñas hemorragias en la piel e inflamación de las articulaciones,

Proteínas de adhesión: son glicoproteínas que permiten la adhesión entre los componentes de la matriz, entre las células y la matriz, y lascélulasentre sí, Por ejemplo, las integrinas, que unen la matriz con el citoesqueleto. Metaloproteinasas: son proteínas presentes en la membrana plasmáticaque participan en la renovación de la MEC, mediante la degradación de suscomponentes,

Medio extracelular


Proteínas fibrilares: forman una que otorga a la MEC características estructurales, resistentes y elásticas, Lasproteínas que forman esta red son el colágeno, que le da a la MEC resistencia, estructura y consistencia,y la elastina, responsable de su elasticidad,

Medio intracelular

la unión de las células en los tejidos y es un lugar de reserva de hor-

monas que controlan protección,

tal en la síntesis de colágeno, Su deficiencia

especial en los espacios entre las células,

Proteoglucanos: macromoléculas formadas por una proteína central unida a largas cadenasde polisacáridos denominadas glucosamínoglucanos. Estosle confieren una consistenciaviscosaen la que se encuentran los otros componentes de la matriz, Su función es resistir la contracción de la membrana plasmática,permitir la movilidad y migración de lascélulasy filtrar sustancias que pueden ser transportadas al interior celular,

La MEC permite

e es fundamen-

enfermedad cuyos síntomas característicos

y carbohidratos que son sintetizados y secretados por

La MEC está formada por proteínas

membrana

necesarias para su subsistencia y que favorezca

cuerpo humano, La vitamina

y la diferenciación celular, También proporciona a los tejidos, y colabora en la transmisión de señales

el crecimiento

firmeza y flexibilidad

entre las células de un mismo tejido, La MEC, además, otorga el armazón cual las células se pueden desplazar, fundamentalmente

durante

a través del

las primeras etapas de

la diferenciación,

1.

Investiga sobre los diversos tipos de tejido epitelial y elabora un afiche informativo,

611

Biología

2. Uniones celulares Las células que constituyen los tejidos animales están íntimamente

relacionadas, pues

forman estructuras que les permiten la circulación de sustancias y la comunicación entre ellas y su medio extracelular. A estas estructuras se les denomina, de manera general, complejos de unión. Existen diferentes tipos de uniones que se establecen entre célula-célula y célula-matriz.

Matriz -l extracelular


UNIDAD 2 I Membrana plasmática Uniones estrechas u ocluyentes. Son uniones que relacionan directamente a las células, pues se forman por la interacción de las proteínas transmembrana de células vecinas, de tal modo que impiden el transporte de sustancias entre ellas, consiguiendo una acción sellante. Por ejemplo, estas uniones se encuentran en las células del epitelio intestinal, evitando que el contenido de este pase a través del espacio intercelular. Entre las proteínas que forman estas uniones de sellado se encuentran la ocludina y las claudinas.

:..__---Placa ~;:? desmosómica

Conexón

Uniones focales y hemidesmosomas. Se establecen entre las proteínas de la matriz extracelular y las células que interaccionan con ellas. Estas uniones están constituidas por la proteína integrina, presente en la membrana celular, que se adhiere al citoesqueleto, permitiendo a las células interactuar con los constituyentes de la matriz.

Uniones de anclaje o desmosomas. Se establecen puntualmente entre células adyacentes o entre una célula y el tejido conjuntivo contiguo (hemidesmosoma). Existe una fuerte interacción entre proteínas integrales (cad erinas) de la membrana plasmática de células yuxtapuestas, sin sellar el espacio intercelular. Estasproteínas interactúan con otras que se ubican en la cara citoplasmática de las membranas de ambas células, consituyen las placas desmosómicas. A su vez, estas interactúan con filamentos (tonofilamentos) que forman una red citoplasmática que mantiene unidos a todos los desmosomas. De esta manera, establecen un tipo de unión muy resistente a la tracción o estiramiento, evitando que las células se separen cuando una de ellas es tensionada.

Uniones de hendidura o comunicantes. Este tipo de uniones permite la comunicación de los citoplasmas de dos células adyacentes. La componen proteínas integrales de la membrana plasmática llamadas conexinas, que se organizan formando un conducto llamado conexón, que actúa como un tubo que atraviesa la membrana plasmática, facilitando así la comunicación directa entre las células. Estos conductos se pueden abrir o cerrar en respuesta a señales extracelulares y dependiendo de la necesidad de las células; además, permiten el paso selectivo de moléculas entre células vecinas. Este tipo de uniones se encuentra, en general, en células que deben responder en forma coordinada frente a un estímulo.

Las células vegetales presentan canales llamados plasmodesmos, que unen a las células contiguas y permiten la comunicación entre sus citoplasmas.

Biología

3. La membrana plasmática Todas las células están rodeadas por una fina lámina denominada membrana plasmática, que está constituida por dos capas de fosfolípidos, formando una bicapa lipídica con proteínas insertas total o parcialmente. Este modelo fue propuesto por Singer y Nicholson en 1972 y se denomina mosaico fluido, ya que tiene características de mosaico, al estar constituida por diversos componentes en ambas caras de la bicapa, y de fluido, porque estos tienen movimiento.

Fosfolípidos. Son los principales componentes de la membrana y están constituidos por una molécula de glicerol unida a dos ácidos grasos y a un grupo fosfato, los que se disponen en una bicapa lipídica. Son moléculas anfipáticas, pues tienen una región apolar hidrófoba que repele el agua y una región polar hidrofi1ica con gran afinidad a ella. Por esto, en un entomo acuoso, las cabezas hidrofñicas de los fosfolípidos tienden a orientarse hacia fuera de la bicapa, mientras que las colas hidrofóbicas hacia dentro, minimizando el contacto con el agua. La membrana es una estructura dinámica debido a que los fosfolípidos que la forman están en constante movimiento, siendo los principales responsables de su fluidez. El movimiento es fundamental para llevar a cabo los procesos de transporte a través de la membrana, y ocurre de tres maneras: • •

l'" \ \ "

Difusión lateral: Iqs fosfolíRidos se'intercambian de lugar . en l'a\musma\. monocapa , con sus veooos R09c,ón: gr.~ ~pid~)nent~" sobr~ su 1]e. Flip-~o):\consiste eh el movirr:tielilt~ de los fosfolípidos de un~ ~onbcapa \ la otra ¡por acción (de-una proteína llamada flipasa\ Este movimiento es poco frecuente, pues requiere gran gasto de energía.

Difusión lateral por la monocapa

Flip-flop

,

Rotación o giro sobre sí mismos


-

~ ~


Composición química de la membrana

DATO

La membrana plasmática es una estructura asimétrica, ya que sus componentes tienen una organización diferente en la bicapa, o sea, la cara citoplasmática y la extracelular de la membrana no son iguales en composición. Esta asimetría se relaciona con las funciones de señalización y proporciona sitios de anclaje a diversas moléculas y al citoesqueleto. Glucocálix. Se ubica en la cara extema de la membrana, es una capa formada por cadenas de carbohidratos (oligosacáridos y polisacáridos) que se asocian a las proteínas y fosfolípidos de la membrana, dando origen a glicoproteínas y glicolípidos, respectivamente. Esta capa cumple funciones de reconocimiento entre las células.

En la membrana plasmática existen zonas ricas en colesterol, algunos glicolípidos y fosfolípidos, denominadas islas lipídicas (en ingles: lipids rafts). En estas zonas se ha observado la presencia de ciertas proteínas relacionadas con procesos de señalización celular que se desplazan a través de la membrana.

Proteínas. Según su ubicación en la bicapa, se distinguen dos tipos de proteínas: integrales y periféricas. Proteínas integrales o intrínsecas, también llamadas proteínas transmembrana, atraviesan completamente la bicapa lipídica. En aquellas zonas que atraviesan la bicapa están formadas mayoritariamente por aminoácidos hidrofóbicos y por aminoácidos hidrofficos en las zonas que "miran" hacia el medio extracelular y hacia el citosol Proteínas periféricas, que no atraviesan la bicapa lipídica, solo se ubican en una de las capas de la membrana: la que "mira" hacia el medio extracelular o aquella que "mira" al in~Gelular.

1~g~~~~~;i~~~~~~2~ ~

V"'"""v-..I..,

~~

•

Colesterol. También forma parte de la membrana plasmática) alcanzando un 20% de los lípi,dos presentes en la bicapa dejas células animales. Esta molécula se dispone en forma intercalada entre los fosfolípidos proporcionando estabilidad, pues de esta forma dis~uye la fluidez de la membrana y la hace-menos deformable, y a su vez reduce su permeabilidad y por tanto limita su capacidadCle transportar sustancias. Las células vegetales carecen de colesterol; sin embargo, cuentan con otro tipo de esteroles.

Las proteínas, al igual que los fosfolípidos, se mueven por difusión lateral, vale decir, en el plano de la membrana plasmática, y por rotación, que ocurre alrededor del eje perpendicular a la membrana.

También existen" proteínas que se unen a la membrana pla,¡rnática por su interacción son los fosfolípidos. I tstas presentan menor capacidad de movimiento ~QÚE!;aQUellasque están insertas en la bicapa .

r-,

Biología

4. Propiedades

y funciones de la membrana

plasmática

La membrana plasmática actúa como límite celular separando el medio interno del extemo y así mantener el medio interno con una composición diferente y constante. Tanto lípidos como proteínas le confieren a la membrana la propiedad de selectividad, que le permite expulsar desde su interior los desechos del metabolismo, incorporar nutrientes del líquido extracelular e intercambiar iones necesarios para mantener las diferentes funciones de cada célula, tales como la contracción muscular, la liberación de vesículas de secreción (neurotransmisores y hormonas), entre muchas otras. Los fosfolípidos que forman la bicapa le otorgan fluidez a la membrana y esta propiedad depende de la proporción de ácidos grasos insaturados presentes en estas moléculas; mientras más ácidos grasos insaturados, mayor será su fluidez, puesto que las moléculas de este tipo de ácidos grasos presentan quiebres o flexiones que impiden que las moléculas se aproximen otorgándole mayor movilidad. Además, los ácidos grasos insaturados tienen un punto de fusión inferior al de los ácidos grasos saturados. Su presencia, en cantidad suficiente, en las membranas biológicas, permite que el punto de fusión de la bicapa lipídica se mantenga por debajo de la temperatura fisiológica. Dada su constitución principalmente lipídica, la bicapa solo es permeable a sustancias hidrofóbicas, siendo impermeable a iones y a sustancias de mayor tamaño con o sin carga, como carbohidratos y aminoácidos. Estas últimas atraviesan la membrana celular a través de su interacción con proteínas integrales que componen la bicapa. Es por esta razón que la membrana es semipermeable, es decir, permite el paso preferencial de ciertas sustancias presentes en el medio extracelular frente a otras.

En la imagen se muestran células epiteliales a las que se les han teñido los componentes del glucocólix.

Gases

Pequeñas moléculas sin carga

C02 N2 02

Iones Moléculas con carga

:

O

-

O O

Etanol (alcohol) H20 Urea

Grandes moléculas sin carga

o O e

e C·

: -

:J8O

...

1

., ~

,,'"

~

U

-

O O

.

O .

co

CI-, HC03, Na:.=,)o

-

.

:

:ATP

O O O

...

:

e

K+, Mg2+,_Ca2+

:¡

:

-

O

O

()

O

O Glucosa

;

:

:

~

=

:

o

o o

O

O

O

-o

O

O

La temperatura tiene un efecto sobre la fluidez de la membrana.A mayor temperatura, la membrana es másfluida,y viceversa.Esto se debe a que lasmoléculasde los ácidosgrasosinsaturadospresentanquiebreso flexiones en su cadenahidrocarbonadaque les permiten mayor movilidad.



Funciones de la membrana plasmática La célula mantiene su ambiente interno constante gracias a la presencia de una membrana semipermeable que le permite, por un lado, mantener en su interior aquellas sustancias necesarias para el óptimo funcionamiento celular y facilitar el ingreso de moléculas esenciales (glucosa, aminoácidos y lípidos) para llevar a cabo el metabolismo, y por otro, expulsar los desechos metabólicos. De esta manera, una de las principales funciones de la membrana plasmática es regular el intercambio de sustancias entre la célula y su entorno, actuando como una barrera semipermeable, permitiendo el paso de algunas moléculas y manteniendo la mayor parte de sus productos en su interior. Además, regula el paso de sustancias entre el citoplasma y el interior de los diferentes organelos membranosos. Dado que es el límite celular, la membrana adquiere funciones de protección, siendo una barrera a la que se enfrentan sustancias nocivas y organismos patógenos. Asimismo, la membrana es la responsable de la relación y comunicación con sus células vecinas, pues contiene receptores (principalmente proteínas) que reconocen señales de determinadas moléculas y transmiten esta información al citoplasma hasta llegar al núcleo. Junto con el citoesqueleto y la matriz extracelular, la membrana plasmática determina la forma de la célula, pues provee de sitios de anclaje para los filamentos del citoesqueleto o los componentes de la matriz extracelular, permitiendo, entre otras cosas, el mantenimiento de la forma celular.

1. Analiza la información que entrega el esquema de la página 66 y responde las preguntas que se plantean a continuación. a. ¿Qué sustancias podrían atravesar la membrana plasmática?, ¿qué sustancias no la atraviesan? b. En el caso de moléculas imprescindibles para el funcionamiento celular, como la glucosa, ¿de qué manera podrían ingresar a la célula?

c.

Observa el esquema que se muestra a continuación e indica a qué molécula la membrana es más permeable y a cuál lo es menos. Explica esta diferencia. Aminoácido triptófano Urea Na+ K+

Glucosa

¡¡

I

Menos permeable

.."

10-14

10-12

10-10

10-8

Glicerol

L 10-6

.. .. 10-4

Más permeable

10-2

Concentración molecular

2. En tu cuaderno, elabora un esquema que resuma las principales funciones de la membrana plasmática. Biología

Evaluación de

1 Escribe

recese

las letras de los términos

de la columna A frente a sus definiciones

Columna A

en la columna B.

Columna B

a.

Complejos de unión.

__

Tipo de unión presente en las células vegetales.

b.

Unión estrecha.

__

Proteínas que regeneran la MEC.

c.

Matriz extracelular.

__

Moléculas que forman una sustancia viscosa que le da a los

d.

Plasmodesmos.

e. f.

tejidos resistencia a la contracción.

y consistencia.

__

Proteína que le confiere a la MEC resistencia

Metaloproteínas.

__

Estructuras que permiten la unión y comunicación

Colágeno.

__

Tipo de unión que no permite el intercambio de sustancias

celular.

entre células contiguas. g.

Proteoglicanos. __

h.

2

Unión de anclaje.

Indica el nombre de las estructuras

Mantiene unidas a las células que forman tejidos, brindándoles las condiciones necesarias para subsistir.

señaladas en la imagen

membrana. Además, señala cuál es la cara citoplasmática

3

En tu cuaderno, define los siguientes términos: funciones de la membrana plasmática.


y explica en tu cuaderno la función que cumplen en la

y extracelular

de la membrana.

selectividad, fluidez, semipermeable.

Luego, explica su relación con las


Reviso----------------------------------------------------•

Revisa el Solucionario y luego escribe tu puntaje en el cuadro.

DESCRIPTOR:

PREGUNTA

Reconocer las funciones de la

1

MEe y de las uniones celulares en la formación de tejidos. Identificar las biomoléculas que

2

forman la membrana plasmática y reconocer

su función.

Reconocer las propiedades y

3

funciones de la membrana plasmática en la célula.

PUNTAJE

¿QUÉ DEBES HACER?

Si obtienes menos de 7 puntos, realiza la actividad 1.

Si obtuviste menos de 5 puntos, realiza la actividad 2.


Actividades Actividad 1. En la imagen identifica los diferentes tipos de unión célula-célula. En tu cuaderno, describe sus principales características. Luego, explica cómo contribuye

• •

la matriz extracelular en la formación de tejidos .

•••• •• • • • • •

Actividad 2. En tu cuaderno, elabora un organizador gráfico con las biomoléculas que constituyen la membrana plasmática y escribe sus principales características. Actividad 3. Elabora un cómic o retrata una historieta en la que se vean representadas las propiedades y funciones de la membrana plasmática.

Biología

DATO Losionessonpartículasqueseformancuando un átomo neutro ganao pierde uno o más electrones. Los aniones son aquellos que están cargados negativamente (aceptaron electrones);por el contrario,loscationesson iones cargadospositivamente(han perdido electrones).

5. Transporte celular: intercambio de iones y otras sustancias Toda célula requiere del intercambio de sustancias con su medio exterior para mantener un equilibrio que le permita su correcto funcionamiento. Este proceso de movimiento constante de sustancias, en ambas direcciones de la membrana plasmática, es conocido como transporte celular, proceso vital y selectivo controlado por los componentes de la membrana, especialmente por sus proteínas. El transporte celular depende de dos características de la membrana: •

Especificidad. A la célula ingresan solamente las sustancias necesarias para su óp-

timo funcionamiento y salen de ella los desechos metabólicos o sustancias de secreción. Si en una célula el transporte no fuera específico, estaría destinada a morir, pues no ingresarían las sustancias esenciales para su funcionamiento, o bien en la célula permanecerían los desechos. •

Corresponde al sentido en que se mueven las moléculas en el proceso de transporte. Por ejemplo, el calcio (Ca +2) es el principal ion involucrado en la contracción cardíaca. En el medio extracelular de los cardiomiocitos, existe una gran concentración de Ca + 2. Cada vez que el corazón se contrae, este ion debe ingresar desde el medio extracelular hacia el citoplasma, donde la concentración de Ca + 2 es menor, y salir de los depósitos intracelulares (principalmente del retículo endoplasmático); ambos flujos aumentan la concentración de Ca+2 intracelular permitiendo la contracción. Si esto no ocurriese, nuestro corazón dejaría de latir. Por lo tanto, la direccionalidad del transporte es de vital importancia. Direccionalidad.

La composición iónica del medio intra y extracelular difiere en forma significativa cuando una célula se encuentra en reposo. El medio extracelular presenta una mayor concentración de Na+, Ca+2 y CI-, comparado con el medio intracelular, que presenta mayor concentración de K+. La diferencia en la concentración de moléculas o iones, a un lado u otro de la membrana, se denomina gradiente de concentración. El gradiente es una diferencia física que favorece el transporte de moléculas de una zona a otra. Cuando los iones se mueven a través de la membrana, su transporte depende del gradiente de concentración y además del gradiente electroquímico, vale decir, a la diferencia de carga eléctrica debida a la desigualdad de iones entre ambos lados de la membrana.



6. Tipos de transporte

de la sala, al cabo de un tiempo notarás que en toda la sala se puede sentir su aroma. Esto ocurre debido a que hubo un movimiento específico y direccional del compuesto gaseoso

Como ya sabes, para que la célula pueda realizar todas las fun-

hasta que logró un equilibrio. En las células ocurre un pro-

ciones metabólicas, debe intercambiar sustancias con su medio extracelular. Este intercambio

o transporte

lizarse a través de dos mecanismos: transporte quiere energía) y transporte

ceso similar, pero en ellas la difusión se produce a través de

celular puede rea-

la membrana plasmática.

pasivo (no re-

activo (requiere energía).

} -!...- .._,_..., • • • .......!--• • • • •••• • -!...-.._,_..., ;>«ó • • •• .._,_..., • •• • .._,_..., ¡>C • • •• .._,_..., ;>«ó • • • • • ;>01 • •• .._,_..., • • •• .._,_..., • .._,_..., • • • • • i"" • • • • • ............, ..-• • •• ':c • • • •• • • ...-=>1 • • ~ e;::::::_ J • • • • •~-.!~-::::• O • • • • • •()::::::::::.;:-O • • • Q::::::::::::::O

.

Transporte pasivo El transporte

pasivo es un movimiento

aleatorio de las molécu-

.----

las a través de los espacios de la membrana o en combinación con proteínas transportadoras,

durante el cual no hay gasto de

energía (A TP), debido a que estas moléculas se mueven a favor del gradiente de concentración

~

-------

o a favor del gradiente electro-

químico, es decir, de mayor a menor concentración

o de mayor

a menor carga eléctrica. Se distinguen tres tipos de transporte

pasivo: difusión simple,

Difusión

•

•

• f 'r----

\.J--'¡"

-=--'. ..--v\

• •••• ():::::::: ::¡:::::o

urea, entre otras. La difusión finaliza cuando se igualan las

0:,::::::·::=::=0

•• • •():::::::::::=::::o • • • •• •• • ():::::::: :::=::::o • S<:iS :::=::::o. • •• •v- ::::;::o

Por ejemplo,

ambiental en aerosol en un sector

·

1•

•

• ••• .~():::::::: :::=::::o :::=::::o •

concentración. Por ejemplo, 02, N2, C02, alcohol (etanol),

si aplicas desodorante

• ():::::::::=:::o (,):::=::::=:::0

•

():::::::: ~ ()::::::::

eléctrica atraviesan la bicapa lipídica a favor del gradiente de

en ambos compartimentos.

~

.. .. .. ~..

• •••

simple. Algunas moléculas pequeñas y sin carga

concentraciones

~

• :.()::::::::. ::=::::::o • •• • ()::;;::::::=::::::o •

difusión facilitada y osmosis.

•

,.

()::::::::

~

•

•

De acuerdo a los datos que entrega la tabla, responde en tu cuaderno las preguntas que se plantean a continuación. Tabla N°

1: Comparación

de la concentración

iónica intracelular

y extracelular

en una célula de mamífero

5 - 15 140 0,5 10 - 4 5 - 15

Na+ K+ Mg+ Ca+ CI-

145 5 1-2 1-2 110

Fuente: Varios autores. Elementos de biología celular y genética. Departamento de Biología Celular y Genética, Facultad de Medicina, Universidad de Chile. 1993.

a. b. c. d. e.

De las sustancias de la tabla, ¿cuáles son aniones y cuáles cationes? ¿Qué ocurre con la concentración

de iones en ambos medios? Explica.

¿A qué se debe la diferencia de concentración ¿Cómo podrían influir las concentraciones

iónica observada en ambos lados de la membrana plasmática?

de iones en ambos medios, en el transporte

Investiga qué importancia tienen estos iones en el funcionamiento

celular?

de nuestro organismo. Biología

•

Difusión facilitada. Las moléculas que no pueden atravesar directa y libremente la bicapa lipídica,a pesar de que su gradiente de concentración es favorable, son transportadas a través de proteínas transmembrana. Gracias a este proceso, moléculas hidrofilicas,iones, aminoácidos, glucosa, entre muchas otras, traspasan la membrana plasmática de un lado a otro. Las proteínas transportadoras ser de dos tipos:

se encuentran en la membrana plasmática y en la membrana de los organelos. Estas pueden

Canales iónicos. Están constituidos por proteínas que forman canales o poros a través de las bicapas lipídicas y por ellas se transportan iones, como el sodio (Na +), cloruro (CI-), potasio (K+), entre otros. Los canales iónicos no son orificios en la membrana plasmática, son proteínas que modifican su permeabilidad. Por ejemplo, para que se genere el impulso nervioso, se requiere la modificación transitoria de la permeabilidad de la membrana plasmática. Para ello, es necesario que se abran los canales de Na + y que ingrese este ion al medio intracelular.

. . ." " ~

"

Transportadores. Estas proteínas también son llamados carrier, que en español significa transportador. Para poder llevar a cabo el • transporte, estas proteínas expenmentan un cambio conformacional, es decir, la proteína cambia su forma. Esta modificación de su estructura hace que la velocidad de transporte sea menor al del canal iónico. •

1I~ _~ _~·~Ü~·9j~~~~~~~~·~ __ -L1

~~

_

En fisiopatología-estudia los mecanismos y causas de las enfermedades- se ha descrito una nueva rama denominada canalopatías, que estudia enfermedades provocadas por mutaciones genéticas o alteraciones en el funcionamiento de los canales iónicos; una de ellas es la fibrosis quística (FQ). En Chile, cada año son diagnosticados cerca de 30-40 niños con esta enfermedad, caracterizada por un mal funcionamiento de las glándulas que producen las secreciones mucosas, principalmente de los epitelios de las vías respiratorias y pancreáticas. Esto ocurre por una mutación en el gen que codifica para la proteína del canal iónico del cloruro, llamado CFTR, dando origen a una proteína que presenta una alteración en el transporte de este ion. La fallaen la apertura de este canal provoca la producción de secreciones muy espesas, que se adhieren a las vías respiratorias, obstruyéndolas progresivamente. ¿Qué precauciones deben tener las personas que padecen esta enfermedad?

1.

Un canal iónico puede transportar

108 iones/s. Este flujo es mayor que la velocidad de transporte de una proteína corrier

(103 iones/s). Calcula en tu cuaderno: ¿cuántos iones pasan por cada tipo de proteína en una hora? Santillana Bicentenario


Factores que afectan la velocidad de difusión Objetivo •

Determinar cómo influye la temperatura, la viscosidad y la concentración en la velocidad de difusión de una sustancia.

Problema de investigación •

¿Qué factores influyen en la velocidad de difusión?

Hipótesis •

La temperatura, la concentración y la viscosidad de una solución afectan directamente la velocidad de difusión de una sustancia

Materiales y procedimiento 1•

2.

3.

Consigue los siguientes materiales: seis probetas, un cronómetro, pinzas, dos placas de Petri, azul de metileno, gelatina sin sabor yagua destilada. Prepara dos probetas con 100 mL de agua destilada. Una a temperatura ambiente (1 S OC) Y la otra a 70 "C. Coloca una gota de azul de metileno en cada una. Con tu cronómetro mide el tiempo que demora en difundirse el azul de metileno en el agua. Registra estos valores. Luego, prepara tres probetas con 100 mL de agua destilada y coloca en la primera una gota de azul de metileno, en la segunda dos gotas y en la tercera tres. Determina la velocidad de difusión con tu cronómetro. Registra los datos obtenidos. Prepara dos placas de Petri, una con agua destilada y la otra con gelatina sin sabor. Coloca en el centro de cada placa una gota de azul de metileno y mide la velocidad de difusión con el cronómetro. No olvides registrar los valores obtenidos. Después de realizar estas intervenciones, escribe tus observaciones en el cuademo.

•

4.

5.

Precaución: cuando calientes el agua, ten cuidado de no quemarte; si es necesario puedes pedir ayuda a un adulto.


1. ¿Cómo influye la temperatura en la velocidad de difusión? Explica. 2. Al aumentar la concentración de azul de metileno en la probeta, ¿qué ocurre con la velocidad de difusión? 3. ¿Lavelocidad de difusión fue mayor en el agua destilada o en la gelatina sin sabor? Explica cómo influye la viscosidad en la difusión del azul de metileno.

4. Prepara un informe en el que expongas este experimento. Guíate por la sección Informe de laboratorio.

Biología

•

Osmosis. Es un caso especial de difusión simple por el cual se transportan moléculas de agua, a través de una membrana, desde una zona de menor concentración de solutos a otra de mayor concentración. De esta manera se genera una distribución diferente de los volúmenes de agua a ambos lados de la membrana.

La mayoría de los protozoos poseen una vacuola contráctil que les permite evitar la lisis osmótica, es decir, el rompimiento de la membrana plasmáticadebido a la presión ejercida por el agua.Lafunción de lavacuola es captar el aguaexcedente del citoplasmay eliminarla periódicamente.

El agua atraviesa la membrana mediante proteínas transmembrana, llamadas genéricamente acuaporinas, por donde el agua ingresa o sale de la célula. Sin embargo, debido a que la molécula de agua es polar y de pequeño tamaño, este movimiento se realiza también mediante los espacios que quedan entre los fosfolípidos de la bicapa producto de su movimiento y el de las proteínas. Soluto Agua

•

• .

•~o,

• •

. (";(" --;r-;(";( fF

•

'ft

~~

•

•

• 'o

'fi

._.

,

•

'ft

'ft '\

• • • y s: x".,) o

~\')

)(~ 1,4

,

i- :_._

;c-;ncr;~?"","t II- - '"- ')(

:-:

r"

~~ ~

r---.-- ... ...... • • •••o.'fi·. •••• •• •••-'. • ••••• . • l.·• . -~. · • • • • •• • •

le x x x'" ¡ - - -~- t: - - - .. - ,~- --...r: -.- ....... • •• ••• • •••• •

I

co,

:c :c

•••

••

•

•

•

•

••

o

•••

JI: X)

•

L..

•

o •••• 'ti

'"

Acuaporina

Cuando una membrana es impermeable a un soluto, o sea, el soluto no puede atravesar la membrana, las concentraciones de ambos ambientes se igualan por medio de la difusión de agua; en otras palabras, por osmosis. En el citoplasma de todas las células el agua es el principal solvente que disuelve sales, azúcares y otras sustancias.

DATO El bioquímico estadounidense Roderick Mackinnon fue galardonado en el 2003 con el Premio Nobel de Química por sus estudios sobre la estructura y mecanismo de los canalesiónicos. Estepremio fue compartido con Peter Agre, biólogo estadounidense, que trabajó en el descubrimiento de la acuaporina, proteína integralque forma parte de los poros de la membrana y que es permeable al agua.


Las células pueden entrar en contacto con soluciones de concentraciones diferentes, vale decir, diferentes en la composición de solutos respecto al solvente. De acuerdo a esto, se pueden dar tres tipos de soluciones: Solución isotónica: célula. Solución célula.

hipotónica:

Solución hipertónica: interior de la célula.

la concentración

de solutos está en equilibrio con el interior de la

presenta menor concentración

de solutos que el interior de la

es aquella que presenta mayor concentración

de solutos que el


1.

Observa y analiza las imágenes. Luego, responde en tu cuademo las preguntas.

Experimento 1

o

Gota de sangre en solución salina (NaCI2%)

Gota de sangre en suero fisiológico (NaCI0.9%)

Gota de sangre en agua destilada

Catáfilo de cebolla en solución salina (NaCll%)

Catáfilo de cebolla en agua destilada

Experimento 2

Catáfilo de cebolla en solución salina (NaCI8%)

a. b.

En el experimento

1, ¿cómo será el movimiento

Averigua cómo se comporta

del agua en cada una de las situaciones? Esquematízalo en tu cuaderno.

el glóbulo rojo en cada situación y explica en qué condiciones ocurre crenación y lisis de la

membrana plasmática.

c. d.

Esquematiza en tu cuaderno, lo que ocurrirá con el movimiento

de agua en el experimento

2.

Investiga qué ocurre con la célula vegetal en cada situación y explica en qué condiciones ocurre plasmólisis y cómo se origina la presión de turgencia.

Biología

Transporte activo

•

Transporte

activo primario:

bomba Na+-K+ ATPasa

El transporte activo es aquel que ocurre en contra del gradiente

A las proteínas transportadoras

de concentración

denomina

o del gradiente eléctrico, por ello requiere

"bombas".

que hidrolizan ATP se les

Estas proteínas transportan

del consumo de A TP, debido a que se encuentra desfavorecido

en contra del gradiente

energéticamente.

quieren la energía aportada por la molécula de A TP. Uno

Este tipo de transporte también depende de

la presencia y actividad de las proteínas transportadoras

de la

de los transportadores

de concentración,

solutos

más importantes

por ello re-

de este tipo es la

bomba Na +-K+ A TPasa, que está presente en todas las

membrana plasmática.

células animales. La energía que requiere este transporte

puede ser entregada

por la hidrólisis de la molécula de ATP, o bien las sustancias

Esta bomba

pueden ser transportadas

sodio y de potasio relativamente

cuyo transporte

por el acoplamiento

sea energéticamente

a otro soluto

permite

mantener

las concentraciones

constantes en el medio

intracelular y el extracelular, bombeando

favorable.

de

sodio hacia el ex-

terior y potasio hacia el interior de la célula, mediante un En este mecanismo de transporte encontramos dos tipos: trans-

cambio conformacional

porte activo primario

portadora. Analicemos cómo funciona esta bomba.

y transporte

Medio extracelular

activo secundario.

que experimenta la proteína trans-

3 Na+

Citopasma

Pi

ATP

ADP

El transportador presenta sitios específicos de unión al Na +, donde se adhieren tres iones Na + ubicados en la cara citosólica. En otra zona de la proteína, se hidroliza la molécula de A TP para producir la fosforilación -la unión de un grupo fosfato- en la proteína transportadora y provocar el cambio conformacional de esta.

El funcionamiento fundamentalmente,


Tras el cambio conformacional, los iones Na+ son liberados en el medio extracelular y dos iones K+ se unen a sitios específicos en la proteína transportadora, que quedaron expuestos luego del cambio de conformación experimentado.

de esta bomba es fundamental para la contracción para la mantención del gradiente de concentración

Luego, ocurre la desfosforilación de la proteína, es decir, libera el grupo fosfato, permitiéndole recuperar su conformación original. En consecuencia, el K+ es liberado hacia el citosol y así el ciclo puede volver a repetirse.

muscular, el potencial de acción en el impulso nervioso y, entre los iones Na+ y K+,


En el año 1997,el danésJensC. Skou,interesado en el transporte químico de los iones,fue uno de los científicosgalardonadoscon del Premio Nobel de Química por el descubrimiento de la bomba Na +/K+ ATPasa.La RealAcademia Suecade lasCienciasargumentó, en esaoportunidad, que Skou fue el primer científico en describir una enzima que promovía el transporte directo de sustanciasa través de la membrana de la célula, propiedad fundamental para todas las célulasvivas.

I~VESliIG~ :t COf':1U~ICl\

Los gráficos corresponden

a los resultados obtenidos

Na +/K+ ATPasa. Analiza la información EFECTO DE LA CONCENTRACiÓN

por Skou en el experimento

a través del cual descubrió

la bomba

que entregan y responde las preguntas que se plantean a continuación. DE KCL y NACL

SOBRE LA ACTIVIDAD DE LA BOMBA NA+/K+

Gráfico N° 1: Adición de NaCI

ATPASA

Gráfico N° 2: Adición de K

40

40 Mg6mM K 200 mM

ro

E

ro

NaCI40 mM

30

E

'Ñ

'Ñ

Q)

Q)

ro

ro

e

30 K 350 mM

e

NaCI20 mM

~ ~20

~ ~20

"O

"O

"O

"O

ro

ro

.>

NaCll0

+-'

u

«

NaCI3 mM

10

mM

.> +-'

u

«

Mg6mM

10 KOmM

NaCI O mM

O

O

20

40

60

Concentración

80

100

120

O

O

de KCI mM

50 Concentración

100

150

200

de NaCI mM

Fuente: Lodish, H., y otros. Biología celular y molecular. Madrid: Editorial Médica Panamericana. 2003.

a. En el gráfico N° 1, ¿qué ocurre con la actividad de la proteína cuando no se adiciona NaCI? ¿Qué ocurre cuando se b. c. d. e.

agrega la máxima concentración de NaCI (40 mM)? Respecto de la actividad de la proteína a una concentración de 40 mM de NaCI, ¿qué sucede a medida que aumenta la concentración de KCI? En el gráfico N° 2, ¿qué ocurre con la actividad de la proteína cuando no se adiciona K? ¿Qué ocurre al adicionarle una concentración 20 mM de potasio? En este mismo gráfico, ¿qué ocurre con la actividad de la proteína a medida que aumenta la concentración de potasio sobre 120 mM? Contrastando los resultados que muestran ambos gráficos, ¿qué puedes concluir acerca de la actividad de la bomba Na +/K+ A TPasa?

2. Investiga otros ejemplos de transporte activo primario, como la bomba Ca2+ ATPasa Elabora una presentación en PowerPoint donde describas su funcionamiento,

para explicarlo a tu curso. Biología

•

Transporte activo secundario: cotransporte

y contratransporte

Otro tipo de transporte activo muy común es aquel que se realiza cotransportando o contratransportando un soluto que va en contra del gradiente de concentración con otro soluto a favor de su gradiente de concentración. Uno de los ejemplos clásicos es el cotransporte de Na +/glucosa y el contratransporte o intercambiador de Na+/Ca2+. Cotransporte Na+/glucosa: en las células epiteliales del intestino existe una proteína transportadora que introduce en la célula sodio, a favor del gradiente de concentración, y glucosa, en contra del gradiente de concentración. Este mecanismo también ocurre como consecuencia de un cambio conformacional de la proteína transportadora, pero no requiere para ello el aporte energético de ATP, y se le denomina cotransporte de Na+/glucosa, dado que las dos sustancias transportadas tienen la misma dirección de transporte, es decir, las dos entran a la célula.

o

••

•

• o

~o °0

9

Glucosa

Otro ejemplo de este mecanismo es el cotransportador H+/Iactosa. La bacteria Escheríchía colí establece un gradiente de protones (H+) entre ambos lados de la membrana utilizando energía para bombear protones hacia el exterior de la célula. Luego, estos protones se acoplan a la lactosa, azúcar que sirve de nutriente al microorganismo. La energía del protón moviéndose a favor de su gradiente de concentración sirve para transportar la lactosa hacia el interior de la célula. Esta bacteria utiliza este tipo de mecanismo para transportar otros azúcares, tales como ribosa y arabinosa, así como también numerosos aminoácidos.



Contratransporte Na +ICa +2: en muchas células existe una proteína transportadora que introduce sodio en la célula a favor del gradiente de concentración y extrae calcio en contra, esta se denomina intercambiador Na+ICa+2. Al mecanismo por el cual se transportan dos sustancias en distinta dirección respecto de la célula se le denomina contratransporte. Dado que en el medio extracelular la concentración de Na + es alta, este catión tiende a ingresar a la célula, y debido a que la concentración de Ca +2 en el interior celular es menor respecto al exterior, el Ca+2 requiere acoplarse al Na+ para poder ser transportado.

La concentración de Ca+ 2 intracelular es muy baja,del orden de los 100 nM. Si este catión aumenta su concentración en forma sostenidaen el citosol, se produce unaseñal para que la célula entre en apoptosis, es decir, la muerte celularprogramada Por esta razón, es importante el adecuado funcionamiento de los mecanismosde transporte paraeste ion en contra del gradientede concentración, a fin de evitar que active los mecanismos involucrados con este tipo de muerte celular.

EN

LA RED

Digita el código MB1079y revisala información que se presenta en torno a la composición de la membranaplasmáticay observalasdiferentes animaciones de los distintos mecanismos de transporte.

1. De acuerdo al movimiento cotransporte

de las sustancias transportadas,

o contratransporte?

¿qué tipo de mecanismo sería la bomba Na +/K+ A TPasa:

Fundamenta tu respuesta.

2. Busca más información acerca del mecanismo de cotransporte H+/lactosa y elabora una tabla comparativa con los mecanismos de cotransporte

de Na +Iglucosa y contratransporte

Na + ICa +2. Biología

• Algunos patógenos utilizan la endocitosis para poder infectar a las células. Pese a que este es un mecanismo con una alta especialización, se sabe que algunas moléculas ajenas al organismo utilizan algunas proteínas integrales que actúan como receptores de membrana para ingresar los ligandos al interior de la célula. ElVIH, por ejemplo, entra en los linfocitos uniéndose a unas glicoproteínas llamadas CD4, presentes en la membrana plasmática de la célula,y de esta manera sobrevive y comienza su letal infección. Otro ejemplo es la infección por 501monello typhi, bacteria que produce la fiebre tifoidea y que entra a las células del epitelio intestinal a través de su unión con el canal de cloruro (CFTR). La bacteria se une al canal utilizándolo como receptor para ingresar a la célula y promover la enfermedad. ¿Una persona con fibrosis quística presenta mayor o menor probabilidad de ser infectado por la 50lmonello typhi? Explica.

Transporte

de macromoléculas

Algunas sustancias más grandes, como polisacáridos, proteínas, virus e incluso otras células, pueden ser incorporadas a la célula mediante el transporte de macromoléculas: endocitosis y exocitosis. Los dos mecanismos utilizan vesículas rodeadas por membranas, en cuyo interior son transportadas las sustancias que deben entrar o salir de la célula. Durante los procesos de endocitosis y exocitosis, ambas bicapas (vesícula y membrana plasmática) se aproximan y se fusionan; requiriendo para este proceso el aporte energético del A TP. A este tipo de transporte también se le denomina transporte en masa o transporte mediado por vesículas. Endocitosis. Es el proceso mediante el cual se incorporan sustancias a la célula. De esta manera, las sustancias son transportadas al interior celular a través de pequeñas depresiones de la membrana plasmática, que llevan a la formación de una vesícula endocítica. Se distinguen tres tipos de endocitosis: Fagocitosis: durante este proceso, la célula genera proyecciones de la membrana y del citoplasma llamadas pseudópodos, que rodean a una partícula sólida. Una vez rodeada, los pseudópodos se fusionan formando una vesícula alrededor de la partícula llamada vesícula endosómica, la que al fusionarse con lisosomas forma la vesícula fagosómica. Estas vesículas alcanzan un tamaño mayor de 150 nm de diámetro y en su interior contienen restos celulares, microorganismos o partículas de gran tamaño. El material sólido al interior de la vesícula es digerido por las enzimas lisosomales. Los glóbulos blancos son el principal ejemplo de células que fagocitan bacterias y otras sustancias extrañas, proceso que forma parte del mecanismo de defensa del organismo.

Partícula sólida

Pseudópodos Membrana plasmática

Citoplasma

Medio extracelular

Vesícula endocítica



Pinocitosis: en este proceso, la sustancia transportada

es un fluido de líquido extracelular. En este caso, no se forman pseudopodos, sino que la membrana se repliega o se invagina creando una vesícula pinocítica, con un diámetro menor a 150 nm. Una

vez que el contenido de la vesícula ha sido procesado por parte de la célula, la membrana que compone la vesícula retoma a la superficie de la célula. De este modo, hay un tránsito constante de membranas entre la superficie de la célula y su interior.

Medio extracelular

Citoplasma

Vesícula pinocítica

Endocitosis mediada por receptor: este proceso es similar a la

pinocitosis; sin embargo, presenta algunas diferencias. En este proceso, la invaginación de la membrana tiene lugar cuando una molécula determinada, llamada ligando, se une a un receptor ubicado en la membrana, vale decir, a una proteína específica que reconoce a un ligando específico, existente en la membrana.

Una vez formada la vesícula endocítica, esta se une a otras vesículas para formar una estructura mayor llamada endosoma. Dentro del endosoma se produce la separación del ligando y del receptor. De esta forma, los receptores son liberados y devueltos a la membrana, mientras que el ligando se fusiona con un lisosoma, siendo digerido por las enzimas de este último.

Q Medio extracelular

Citoplasma

811

Biología

EN

LA RED

Digitael código MB 1082 y observael video que muestra el mecanismo de exocitosis y endocitesis, Responde: ¿por qué estos procesos son importantes parala renovación de la membrana plasmática?

Exocitosis. Consiste en el transporte de moléculas que están empaquetadas en vesículas, desde el interior celular hacia el medio extracelular. La membrana de la vesícula, también llamada vesícula secretora, se fusiona con la membrana plasmática, liberando su contenido al medio extracelular, Mediante este mecanismo, las células liberan hormonas, como la insulina, enzimas digestivas y neurotransmisores. Estos últimos son fundamentales para llevar a cabo la transmisión del impulso , nervioso, El proceso de exocitosis se puede desencadenar bajo dos situaciones: Señal

Receptor

Medio extracelular

Citoplasma

Vesícula secretora

1.

Mediante producción permanente de vesículas que se liberan sin necesidad de algún estímulo, por ejemplo las vesículas que transportan proteínas constituyentes de la matriz extracelular.


Vesícula secretora

2.

Mediante producción de vesículas que son liberadas frente a un estímulo específico, como es el caso de enzimas digestivas, neurotransmisores y hormonas,


1.

Averigua qué tipos de células incorporan

sustancias mediante endocitosis. En tu cuaderno, describe qué sustancia es incor-

porada y qué utilidad representa este mecanismo para el organismo.

2.

La ilustración muestra el proceso de liberación de neurotransmisores

en las células nerviosas (sinapsis). En este proceso, una

neurona envía una señal a otra neurona que la recibe. Observa con detención

la imagen y responde las preguntas que se

plantean a continuación.

Mitocondria

/

Neurotransmisor

a. b.

Canal iónico

Indica qué tipo de transporte

ocurre en el proceso de liberación de neurotransmisores.

Se ha observado que la concentración

de sodio es casi diez veces menor dentro de la neurona que la concentración

de sodio que hay fuera de ella. ¿Qué propiedad de la membrana plasmática explica tal diferencia? Fundamenta.

c. d. e.

¿Qué función cumple en este proceso de transporte,

la estructura marcada con la letra A?

¿Esnecesario un estímulo para que se realice este transporte? Fundamenta tu respuesta. Averigua los nombres de tres neurotransmisores

y su función en el organismo.

Biología


Marea roja: peligro en el mar de células por litro de agua- puede dar tonalidades rojizas o

Explorar el problema

de otro color al agua, debido a los pigmentos fotosintéticos de estos organismos, e incluso generar bioluminiscencia.

En el año 1991, un marinero de la Armada de Chile, que participaba de ejercicios navales en las costas de Punta Arenas,

Así también se sabe que lo que conocemos

fue trasladado a la enfermería del buque principal afectado

roja" corresponde

por una parálisis respiratoria,

concepto

pese a que minutos antes no

como "marea

a una fioración de algas nocivas. Se usa el

de florecimiento

de algas nocivas (FAN), en vez

presentaba ningún síntoma de enfermedad. Tras la atención

de "marea roja", para indicar un aumento en la concentración

médica sus signos vitales se restablecieron a la condición nor-

de microalgas que puede afectar el ambiente de manera tal

mal, pero al poco tiempo su frecuencia cardiaca comenzó a

que resulte perjudicial para las actividades de las personas.

disminuir y sufrió de varios paros cardiacos de los que, finalmente, y pese al uso de medicamentos lación asistida permanente,

vasoactivos y venti-

no se pudo recuperar. Tras su

Entre los organismos que componen

el fitoplancton

tinguen dos tipos de microalgas: los dinoflagelados

se disy las dia-

fallecimiento, se estableció que había consumido cholgas, mo-

tomeas. En el primer grupo se encuentra

la mayoría de las

lusco que el Ministerio de Salud había alertado que no debía

especies que pueden contener

ser ingerido por la presencia de "marea roja" en la zona.

hemolfticos o enterotóxicos. Solo tres especies del grupo de las

compuestos

neurotóxicos,

diatomeas se han identificado como tóxicas, estas producen una El marinero, al comer el molusco había ingerido también una

toxina muy peligrosa que destruye las neuronas del sistema

dosis letal de veneno paralizante contenida en los mariscos

nervioso central ubicadas en centros nerviosos relacionados con

(VPM). Medio miligramo de esta toxina, cantidad que con fa-

la memoria. Estasespecies de diatomeas están presentes en aguas

cilidad está presente en 100 g de mariscos, puede matar a

de nuestro país, por lo que su fiorecimiento

una persona de 70 kg en minutos. Sin embargo, para seguri-

es monitoreado

continuamente

dad de la población, la Organización Mundial de la Salud, OMS

vicios de salud.

estableció como límite permisible para el consumo humano, concentraciones

de toxinas menores a 80 microgramos

por

cada 100 g de mariscos. Hoy se sabe que este veneno está presente en los mariscos cuando el fitoplancton del cual se alimentan está constituido principalmente

por

algas micros-

cópicas, que contienen estas toxinas y se encuentran en grandes cantidades en el mar. De las casi cuatro mil especies marinas de frtoplancton, se han reconocido

alrededor

de

sesenta con características tóxicas y que además son capaces de proliferar en gran número.

La alta densidad de

microalgas -que puede alcanzar millones


por los ser-

Alexandrium

catenella y

Dinophysis acuta, son los dinoffagelados , , mas comunes en nuestro pals que causan los FAN.


En Chile, los FAN más habituales corresponden a tres especies de dinoflagelados: A/exandrium catenella, Dinophysis acuta y Dinophysis acuminata. También están los FAN correspondientes a dos diatomeas: Pseudos-nitzschia australis y Pseudos-nitzschia pseudodelicatissima. A. catenella produce la neurotoxina llamada saxitoxina, que bloquea los impulsos nerviosos y tiene un efecto paralizante; las especies de Dinophysis producen una enterotoxina capaz de generar graves diarreas. Las diatomeas han sido asociadas a la producción del ácido domoico, una neurotoxina que puede producir pérdida de la memoria. Estastoxinas llegan al ser humano cuando este come moluscos, principalmente aquellos que son bivalvos filtradores (ehoigas,ostiones, almejas, choritos, entre otros) los que se alimentan de estas microalgas y acumulan las toxinas en su intestino. Otros mariscos también pueden acumular estas toxinas, como los picorocos y los locos; estos últimos, que son carnívoros, las adquieren al alimentarse de moluscos bivalvos. La mayoría de las toxinas presentes en las microalgas alteran la actividad de determinadas proteínas de la membrana plasmática, particularmente los canales iónicos y la de ciertos receptores. Al intervenir sobre los primeros modifican la permeabilidad de la membrana y al hacerlo sobre los segundos bloquean la recepción de señales provenientes de otras células.

La activación de los canales de sodio por neurotoxinas provoca una hiperactividad del sistema nervioso, que se manifiesta en una sensación de cosquilleo y contracturas musculares descontroladas. El bloqueo de los canales de sodio por neurotoxinas provoca la inhibición de la conducción y transmisión de los impulsos nerviosos, produciendo parálisis respiratoria y alteraciones en la actividad cardiaca; sin tratamiento apropiado, la persona fallece. La saxitoxina es una neurotoxina que bloquea los canales de sodio y que está presente en las microalgas responsables de los FAN que ocurren en nuestro país.

DISTRIBUCiÓN DE LAS TOXINAS MARINAS DETECTADAS ARICA EN CHILE

~

IQUIQUE

ANTOFAGASTA

o

CONCEPCION

La presencia de canales iónicos como puntos específicos de la membrana plasmática permite la regulación del paso de iones a través de esta y resulta esencial para el correcto funcionamiento celular y del organismo completo. Por ejemplo, para las células nerviosas y musculares, la regulación de la permeabilidad de sus membranas a iones de sodio (Na +), potasio (K+), cloro (CI-) y calcio (Ca2+) es clave para la excitación de sus membranas, esencial en los procesos de conducción y transmisión del impulso nervioso y de la contracción muscular responsable del movimiento. En el caso de las toxinas neurotóxicas, estas alteran el funcionamiento de los canales iónicos, especialmente los de sodio. Algunas de estas toxinas son activadoras, provocando un mayor transporte de lo normal, mientras que otras neurotoxinas los bloquean.

PTO. MONTT

COIHAIQUE

VAM VDM VPM

•

Fuente: Departamento

de Medio Ambiente, división de

acuicultura. Instituto de Fomento Pesquero.

Biología

Lastoxinas producidas por el fitoplancton en nuestro país son: •

•

Veneno paralizante de los mariscos (VPM): saxitoxina. Esta toxina es muy soluble en agua, estable a pH ácido y termoestable. Desde el año 1972 se han registrado varios FAN en la Región de Magallanes y Antártica Chilena. Esta toxina bloquea los canales de sodio de células del sistema nervioso periférico y del músculo esquelético, impidiendo la excitabilidad de la membrana. Los síntomas de intoxicación por este veneno comienzan entre los cinco a veinte minutos después de la ingestión del alimento contaminado, con una sensación de cosquilleo y adormecimiento de la boca, encías y lengua, en conjunto con las yemas de los dedos. En casos moderados y severos de intoxicación, los síntomas siguen con cefalea, mareos, náuseas, insensibilidad de brazos, piernas y cuello, dificultad para hablar y tragar, rigidez y descoordinación de extremidades, sensación de flotación, dificultad respiratoria y taquicardia. En los casos de mayor • gravedad, lo que depende de la cantidad de mariscos consumidos, puede llevar a la parálisis de los músculos de las piernas y brazos, y finalmente causar la muerte por parálisis respiratoria, en un período que puede ir de dos a diez horas. Como tratamiento se realiza lavado gástrico, ingestión de abundante agua, administración de diuréticos y respiración artificial. En la actualidad los FAN asociados a esta toxina ocurren anualmente entre el sur de Chiloé y el Cabo de Hornos. Veneno diarreico de los mariscos (VDM): ácido okadaico y derivados como las dinofisistoxinas, los que en conjunto son denominados okadaatos. En el año 1979 se presentó un FAN asociado a estas toxinas, en el estuario

La proliferación del fitoplancton obedece a variaciones estacionales de ciertos factores en el agua de una zona. Estos corresponden a los denominados factores primarios o limitantes, como la disponibilidad de nutrientes y de luz; y a los factores secundarios o reguladores, que son fundamentalmente la salinidad, la temperatura y la depredación que realiza el zooplancton. Por lo tanto, estos florecimientos son fenómenos normales en el ecosistema, que favorecen a los organismos marinos que se alimentan de estas algas,(preferentemente organismos filtradores).


de Reloncaví (Región de Los Lagos). Luego, durante la década de los noventa ocurrieron algunos FAN en las costas de la Región de Aisén del General Carlos Ibáñez del Campo. Esta toxina es liposoluble y termoestable. El ácido okadaico y las tóxinas derivadas de este inhiben la proteinfosfatasa -que no permite la desfosforilación de proteínas- y están relacionadas con otros efectos crónicos a largo plazo, por ejemplo, la producción de tumores. Estastoxinas producen en el ser humano problemas gastrointestinales, como diarreas, náuseas, vómitos y dolor abdominal. Estos síntomas comienzan entre treinta minutos y doce horas (con un promedio de cuatro horas), después de consumir los mariscos infectados. El tratamiento es solo sintomático. La ocurrencia de FAN asociados a estas toxinas se presenta cada año, principalmente entre la Región de los Lagos y la Región de MagaIlanes y la Antártica Chilena. Veneno amnésico de los mariscos (VAM). El ácido domoico es soluble en agua y termoestable; activa los receptores de membrana para el ácido glutámico, produciendo el ingreso de cloruro, calcio yagua, provocando la ruptura celular. Los síntomas son gastrointestinales y neurológicos: calambres, diarrea, vómitos, náuseas,dolor abdominal, pérdida de la concentración, pérdida del equilibrio, entorpecimiento, debilidad, dolor de cabeza, visión borrosa, confusión, vértigo, pérdida de la memoria de corto tiempo (daña las células del hipocampo), coma e incluso la muerte. Entre los años 1999 y 2000 ocurrieron FAN asociados a esta toxina en la Región de Coquimbo (bahía de T ongoy y Bahía Inglesa) yen la Región de Los Lagos (Chiloé). Fuente: www.ispch.cI

Sin embargo, la acción humana puede estar influyendo en la frecuencia, intensidad y extensión geográfica de los florecimientos. Por ejemplo, la eliminación de desechos a los océanos en las costas aumenta la disponibilidad de nutrientes en el agua, lo que ha modificado las condiciones de crecimiento y distribución de diferentes especies de microalgas. Es posible que cambios en la temperatura de los océanos, producto del fenómeno de calentamiento global, también influyan en estos florecimientos.


Por la severidad de los efectos de la "marea roja" sobre la salud, las organizaciones de salud de nuestro país han hecho campañas nacionales llamando a la comunidad a: no extraer ni consumir mariscos de las zonas de prohibición,

ya que las

toxinas no son destruidas con la cocción ni con ningún otro proceso de preparación;

y, sobre todo, comprar

solo en lugares que cuenten con la autorización

Analizar el problema A partir de la información y de tu reflexión,

entregada, de tu propia búsqueda

responde

las siguientes preguntas en tu

cuaderno.

mariscos del servicio

de salud competente.

1.

¿Qué es un FAN?, ¿ycuáles son los factores ambientales naturales que inciden en su ocurrencia?

2. La autoridad sanitaria realiza un intenso control de la extracción de mariscos de las zonas costeras, así como tam-

en la generación de los FAN? 3.

bién en los puntos de venta, con el fin de garantizar que

los FAN que ocurren en Chile? ¿En qué regiones

personas. Sin embargo, existen otros agentes nocivos en

se localizan?

los mariscos que no provienen de un FAN, como la bac4.

¿Por qué es peligroso consumir moluscos provenientes de una zona donde ha ocurrido un FAN?

vómitos. Para enfrentar a esta bacteria, el Ministerio de Salud indica que es necesario llevar a cabo las siguientes

¿Qué tipos de microalgas son responsables de los FAN?, ¿y qué tipos de toxinas están presentes en

estos productos estén disponibles para el consumo de las

teria Vibrio parahemolítico, causante de severas diarreas y

¿Qué influencia tiene o podría tener el ser humano

S.

.

¿Qué importancia tienen los canales iónicos de Na+ en el funcionamiento del organismo?, ¿ycómo son afectados

acciones:

estos por la saxitoxina? Consumir los mariscos y pescados cocidos, hervidos

6.

por al menos cinco minutos y jamás crudos.

¿Qué medidas preventivas son recomendadas

para

impedir la intoxicación alimentaria derivada del

Recordar que el limón no es capaz de eliminar las

consumo de mariscos y pescados?

bacterias ni toxinas contaminantes de los mariscos. Manipular los alimentos con las manos limpias. Manipular los pescados y mariscos separadamente de los otros alimentos para evitar la contaminación cruzada

Tomar una decisión

Mantener los mariscos y pescados refrigerados. Limpiar las superficies sobre las que se han manipulado

1.

Cuando vas de vacaciones a un sector costero

pescados y mariscos.

¿te informas o le pides a tu familia que se informe

Lavarse las manos después de manipular mariscos y

si existe riesgo de "marea roja"? ¿Dónde lo hacen?

pescados crudos. Si se produce

2.

intoxicación

es esencial acudir de in-

mediato al servicio de urgencia, donde se realizará el estudio microbiológico

y toxicológico

respectivo.

¿Les pides a tus padres seguir las indicaciones de la autoridad de salud al momento

de preparar y

consumir alimentos? ¿Crees que es importante?

Mi compromiso •

Elabora una presentación PowerPoint en la que expliques la manera adecuada de adquirir y cocinar los productos del mar. Indicando claramente que ante la presencia de "marea roja" en una zona, no deben ser extraídos ni consumidos los mariscos de dicha zona.

Biología

I


El canal de calcio receptor de ryanodina La doctora Cecilia Hidalgo, de profesión bioquímica y académica del Instituto de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Chile, ha pasado gran parte de su vida académica estudiando el receptor de ryanodina. El receptor de ryanodina es un canal de calcio ubicado en la membrana del retículo endoplasmático de las células. La doctora Hidalgo se ha dedicado a estudiar los mecanismos que regulan este canal en diferentes tipos celulares. Así, ha hecho importantes aportes al conocimiento científico al describir cómo las especies reactivas del oxígeno, es decir, moléculas derivadas del oxígeno con una gran capacidad de interactuar con las moléculas orgánicas presentes en las células y alterar su función, modifican la capacidad de transporte de estos canales necesarios para llevar a cabo funciones tales como: la contracción múscular, el aprendizaje y memoria en células neuronales, la liberación de hormonas en órganos como el páncreas y el ovario. En numerosas oportunidades se ha destacado la proyección de su trabajo para lograr comprender enfermedades neurodegenerativas como la demencia senil, el Alzheimer o el Parkinson, ya que en estas enfermedades se producen aumentos de las especies reactivas del oxígeno, las que al activar en exceso el canal receptor de ryanodina podrían provocar un desequilibrio en los niveles de calcio celulares, incrementando la concentración intracelular y de esta manera desencadenar la enfermedad. La destacada trayectoria de la doctora Hidalgo la llevó a ser la primera mujer en recibir el Premio Nacional de Ciencias Naturales, en el año 2006. Actualmente, junto con mantener activo el laboratorio que encabeza en la Facultad de Medicina de la Universidad de Chile, dirige el Centro Fondap de Estudios Moleculares de la Célula, donde año a año se generan nuevas investigaciones en el campo del funcionamiento celular. Para mayor información puedes ingresar a: www.cmcmed.cl


ESQUEMA DE LA CÉLULA

FOTOGRAFíA MICROSCÓPICA

MUSCULAR

DE CÉLULA MUSCULAR

A

B

Retículo sarcoplasmático '---Receptores de ryanodina

Retículo sarcoplasmático

Fuente: www.bioscience.org/2002/v7/d/protasi/figl

.jpg


Lectura científica

Proteínas de membrana y cáncer Las proteínas son las biomolécules que presentan mayor diversidad en cuanto a su composición, estructura y función. En la membrana plasmática de las células que forman un organismo multiceluler es posible encontrar varias proteínas comunes, pero también se pueden identificar proteínas exclusivas, a partir de las cuales la membrana celular, de los diferentes tipos celulares, adquiere propiedades funcionales específicas. En la mayoría de las membranas celulares de los vertebrados se encuentran pequeñas invaginaciones denominadas caveolas, formadas por una proteína llamada caveolina que les permite mantener su estructura y función. Las caveolas son islas lipídicas en las que se asocian variadas proteínas, algunas de ellas actúan como receptores. Al ser activadas por una molécula ligando, desencadenan una cascada de reacciones intracelulares. Además, hay otras proteínas receptoras que al unirse al ligando, inducen la formación de vesículas endocíticas, transportando sustancias hacia el interior celular, mediante endocitosis. Científicos del Instituto de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Chile, dirigidos por el Dr. Andrew Quest, han comprobado, tras una década de estudios, el rol de la caveolina en el desarrollo de células cancerosas. Estas investigaciones sugieren que la caveolina está en menor cantidad o no existe en la membrana plasmática de las células cancerosas durante la etapa inicial de la enfermedad. Esto provoca, en estas células, el aumento de la survivina, proteína que inhibe la apoptosis, por lo que su presencia en las células se considera como indicador de cáncer, ya que se encuentra mayoritariamente en las células cancerosas humanas. Las investigaciones sugieren que la caveolina actúa en conjunto con otra proteína, denominada E-cadherina, para prevenir la aparición de ciertos tipos de cáncer. Esta proteína forma parte de una familia de proteínas transmembrana de adhesión celular, importantes para mantener la integridad de los tejidos, la morfogénesis y el reconocimiento entre las células.

El equipo del Dr. Quest comprobó que la caveolina, Junto a la E-cadherina, captura a la ~-catenina -proteína citoplasmatica-, impidiendo que llegue hasta el núcleo y active los genes responsables de la producción de survivina. En células cancerosas, disminuye la caveolina y aumenta la ~-catenina presente en el citoplasma y en el núcleo, esto provoca que se desencadene un proceso que culmina con el aumento de la producción de survivina impidiendo la apoptosis, como consecuencia se activa la proliferación de estás células en forma descontrolada originando un tumor maligno. Sus estudios han aportado conocimientos de gran valor para combatir el cáncer, y sus hallazgos podrían ser aplicados en una terapia eficaz contra esta mortal enfermedad, que se adecúa a su nivel de avance.

...

...

,

.

.~ ,

'1:

~

•

www.aqll-lab.cI Fuentes:Guzmán, P. y otros (2006). Boletín El Pulso, Universidad de Chile (2009).

Comprendo lo que leo y

1.

Identifica en el texto dos proteínas de membrana, describe sus funciones

2.

Explica la relación entre la síntesis de survivina

3.

Diseña un organizador gráfico que muestre la relación que se establece entre las proteínas mencionadas en el texto.

4.

Explica cómo actúa la caveolina junto a la E-cadherina para detener la proliferación celular en los tumores cancerígenos.

y

la producción

su relación con el desarrollo del cáncer.

de tumores cancerígenos.

Biología

I

Síntesis •

En el cuerpo humano, las células originan cuatro tipos de tejidos básicos: tejido muscular, conjuntivo, nervioso y epitelial. (Pág. 60)

•

La matriz extracelular está formada por proteínas y carbohidratos, los que forman una red que les permite a las células unirse para formar tejidos y les otorga un lugar de reserva de hormonas que controlan el crecimiento y la diferenciación celular. También proporciona protección, firmeza y flexibilidad a los tejidos. Participa en la transmisión de señales entre las células de un mismo tejido. Por último, otorga un armazón a través del cual las células se pueden desplazar. (Pág. 103)

•

Las células forman complejos de unión, estructuras que les permiten la circulación de sustancias y la comunicación entre ellas y su medio extracelular. (Págs. 62 y 63)

~11111

·r~":-"~~,

',,'t[_ •

d''lt w--f'

í;}

.(.

La membrana plasmática está formada principalmente por fosfolípidos y proteínas insertas en la bicapa lipídica, modelo denominado mosaico fluido (Singer y Nicholson, 1972). (Págs. 64 y 65)

•

Dos propiedades fundamentales hacen semi permeable son:

•

•

\\~ ~~

,1'

:~ ~

'I ,~~

~

~~_.,:;

.. ~

•.

•

;:~\

.'_'='-~3 • "'.~ .........

•

~~

~ ~~

•

•

Qi ...--r::J.-~

..

.. .. . . ...

~~

#

'~~; '

~~

,. (:i;;¡~

.. ..'-

1/

de la membrana que la

•

Se distinguen dos tipos de transporte: pasivo (ocurre sin gasto de energía) y activo (ocurre con gasto de energía). (Pág. 71)

selectividad, vale decir, que deja pasar solo algunas sustancias e impide el paso de otras. fluidez, está dada por la proporción de ácidos grasos insaturados que forman los fosfolípidos que constituyen las bicapas lipídicas de una membrana. (Pág. 66)

•

Transporte pasivo: ocurre por un movimiento aleatorio de las moléculas a través de los espacios de la membrana o en combinación con proteínas transportadoras, donde las moléculas se mueven a favor del gradiente de concentración y/o electroquímico. Son de este tipo de transporte:

La membrana plasmática actúa como límite y permite mantener el ambiente celular interno estable, regula el tránsito de sustancias desde y hacia la célula, recibe las señales extracelulares y, junto con el citoesqueleto y la matriz extracelular, determina la forma de la célula. (Pág. 67)

Difusión simple. (Pág. 71)

•

•

• • ••

•

•

•

• •

Eltransporte celular se refiere al movimiento de sustancias en ambas direcciones de la membrana plasmática y depende de dos características de la membrana: especificidad y direccionalidad. (Pág. 70)

• •

•

• ':

••

'U=~'

-0::=:..--

•

.' ••U?5'~ ·0 __ • • ••

. ... ••


90

:0:::::::' _.

--S' .0=_ -o::

•

~=(,)

.

UNIDAD 2 I Membrana plasmática Difusión facilitada. (Pág. 72)

Transporte activo secundario: y contratransporte. (Pág. 78)

cotransporte

Canales iónicos.

...... ........ ........ .....

.. ·

..

" .. • ••

"...",....".

......... · ...

•

".

Transporte

Transportadores.

•••. .... 1:••.

de macromoléculas

Endocitosis. Proceso en el que se incorporan sustancias a la célula. (Pág. 80)

•••• •••

Fagocitosis .

•••

'"

•

.

Osmosis. (Pág. 74)

'. . . . •

•

'.

•

..

'

ñ~nñ¡ffiunTITITI

•

•

.,

'ff

•

lí r-r

. '.. . ... . .. • • • • '.

'

• ..,

Endocitosis mediada por receptores.

'

'

••

!R~

.

M I ~g~~~~~~~M • •••• • • . .'. ..• .•• • •• . ••..• ."• . t...

••••••

• e ••••••••

ca

~,

_"

••

..

.. ca

•• • • • • •• •• • • • • •••• • • •• • •• • • • •• • •• •

•

Transporte activo: ocurre en contra del gradiente de concentración y por ello requiere de energía. Depende de la presencia de proteínas transportadoras. (Pág. 76) Transporte

Exocitosis. Proceso a través del cual se liberan de la célula diferentes sustancias. (Pág. 82)

primario bomba Na+-K+ ATPasa. (Pág. 76)

...•

••

911

<1

:;,

Biología

Evaluación final

1 Lee las siguientes

2

y, en tu cuaderno, indica si son verdaderas o falsas. Justifica estas últimas.

afirmaciones

a.

El tejido epitelial recubre

b.

Los componentes

c.

El tejido muscular brinda sostén al cuerpo humano gracias a la contracción y relajación de sus células.

d.

Los hemidesmosomas

e.

La sangre es un ejemplo de tejido conjuntivo.

f.

Las uniones estrechas permiten la comunicación

g.

La MEC permite la unión entre las células

h.

Las uniones de anclaje se establecen entre el citoesqueleto

i.

Forman parte de la MEC proteínas como la integrina y el colágeno, además de los fosfolípidos.

[,

Las neuronas y neuroglias son las células que forman parte del tejido nervioso.

Observa las imágenes

¿Qué componentes

protege solo los órganos del cuerpo humano.

de la MEC son aportados por la sangre o por las células asociadas a ella.

y las uniones focales permiten a las células anclarse a la MEC.

entre los citoplasmas de dos células vecinas.

y colabora en la transmisión de señales. de las células

y

la caderina.

y, en tu cuaderno, responde las preguntas que se plantean a continuación.

Se obtiene una muestra de membrana plasmática y se marca con un reactivo fluorescente que se adhiere a sus proteínas y fosfolípidos.

a. b. c. d.

y

Utilizando rayos láser se decolora la fluorescencia emitida en una zona de la membrana.

Al cabo de algunos segundos, la zona decolorada comienza levemente a recuperar su fluorescencia.

Luego de un minuto, la zona decolorada restablece su fluorescencia a un nivel similar al inicial.

de la membrana se marcaron con fluorescencia?

¿Qué funciones cumplen estos componentes ¿Cuál es el problema de investigación?,

¿y

en la membrana?

cuál es la hipótesis de este experimento?

¿Qué característica de la membrana plasmática es posible demostrar con este experimento?


Explica.


3

Membrana permeable al agua

El siguiente esquema presenta dos soluciones, A y B, separadas por una membrana permeable solo al agua, donde los círculos oscuros representan el soluto. Al respecto, en tu cuaderno desarrolla las actividades que se plantean a continuación.

••

•

.... -..,

B

Clasifica las soluciones A y B como hipotónica o hipertónica, según corresponda. Elabora un esquema que represente la condición en que quedará el volumen de ambas soluciones al cabo de un tiempo. Explica qué fenómeno

c.

••

••

:.'

\,, a. b.

-+--$olución

• ..

~J I

• •• •• •

ocurre.

Imagina la siguiente situación: se tienen dos eritrocitos, uno se introduce en la solución B y el otro en la solución A. ¿Qué efectos se producirían en cada célula? Explica.

4

En relación al fenómeno de osmosis, explica qué ocurrirá en las situaciones presentadas. En tu cuaderno, indica el tipo de solución al que están expuestas las células y el sentido en que se moverá el agua.

a. b. c.

5

Cebolla picada en cuadritos en un recipiente con agua y azúcar. Una pasa en un recipiente con agua destilada. Un eritrocito

en el torrente

sanguíneo.

Observa la ilustración que representa diferentes tipos de transporte y a partir de ellos responde en tu cuaderno las preguntas que se formulan a continuación.

D

B

A

• • • •• • • • •• • •• •• •• • • • •• • • • •

• •

• •

• • Energía

a. b. c. d.

¿Qué mecanismos de transporte

aparecen representados

Clasifica cada mecanismo de transporte

.. ••• ••

•

en la ilustración?

como activo o pasivo.

Indica qué características de tamaño y carga eléctrica deben tener las sustancias transportadas en el mecanismo A. Indica dos ejemplos de partículas que pueden ser transportadas

por los mecanismos A, C yO. Biología

6

A partir del gráfico, responde en tu cuaderno las preguntas que se plantean a continuación. Gráfico N° 3: Velocidad de transporte

de moléculas

~

o

a. Vl e

e

Difusión facilitada por transportador

......

(l)

""O ""O

ro

""O

u

Difusión simple

-O ~

Fuente: Guyton, A. y Hall. Tratado de fisiología médica. Undécima edición, España: Editorial Elsevier. 2006. Concentración de la molécula a transportar

a. Explica qué representa el gráfico. b. Para cada mecanismo, ¿qué ocurre con la velocidad de transporte a medida que aumenta la concentración de moléculas c.

7

a transportar? Explica. ¿Cómo esperarías que se comportara un canal iónico? Fundamenta tu respuesta.

Analiza la imagen y, luego, responde en tu cuaderno las preguntas que se formulan a continuación.

a. ¿Qué tipo de transporte está representado en la ilustración?, ¿es activo o pasivo? b. Explica qué utilidad tiene para las células este mecanismo de transporte. c. ¿Qué nombre recibiría este transporte si ocurriera en sentido contrario? Santillana Bicentenario


Reviso •



DESCRIPTOR: Identificar los tejidos del cuerpo humano y reconocer la estructura y funciones de la MEC y de las uniones celulares. Relacionar la estructura y las propiedades de la membrana con su comportamiento dinámico. Interpretar un experimento. Relacionar las propiedades de la membrana plasmática con el transporte de sustancias. Reconocer el fenómeno de osmosis y aplicarlo en situaciones cotidianas. Distinguir las características de los mecanismos de transporte celular y clasificarlos en pasivo y activo.

PREGUNTA

¿QUÉ DEBES HACER?

PUNTAJE

1

Si obtienes menos de 7 puntos, realiza la actividad 1. Si obtienes más de 7 puntos, realiza la actividad 2.

2


3


4

Si obtienes menos de 2 puntos, realiza la actividad 7. Si obtienes 3 puntos, realiza la actividad 8.

5,6 y 7


Activi dades Actividad 1. Elabora un organizador gráfico de los tejidos del cuerpo humano, incorpora imágenes de cada uno. Construye una maqueta para mostrar los diferentes tipos de uniones celulares y averigua en qué tipos de células se encuentran. Actividad 2. Investiga cómo se relaciona la MEC con el cáncer. Actividad 3. Elabora un modelo del proceso de endocitosis. Detalla los componentes

de la membrana y su función.

Actividad 4. Investiga la utilidad de los receptores de membrana y explica el proceso de transducción de señal aplicado al efecto de la insulina sobre las células musculares y adipocitos. Actividad

5. Investiga las formas de transporte del oxígeno y del ion de calcio a través de la membrana. ¿Por qué son transportados de distinta manera?

Actividad 6. Explica cómo se relaciona la asimetría de la membrana plasmática con el hecho de que las sustancias que entran a la célula son diferentes de las que salen de ella. Actividad 7. Elabora una tabla comparativa que reúna los diferentes tipos de transporte celular. Actividad 8. Investiga sobre el procedimiento

de osmosis inversa y sus aplicaciones.

Actividad 9. Elabora un organizador gráfico: clasifica y ejemplifica los tipos de transporte. Actividad 10. Diseña un esquema que explique el proceso de transporte secundario glucosa-Na +. Además, incluye información acerca del tejido epitelial y de las uniones estrechas. Biología

u En esta sección te invitamos a resolver preguntas similares a las de la PSU, cuyas claves están en el Solucionario. revisa el análisis de una de ellas.

Para comenzar,


1 ¿Qué



propiedad tiene la membrana plasmática que permite el intercambio de sustancias que realiza la célula?

A. Totalmente impermeable. B. De permeabilidad selectiva. C. Impermeable a lípidos. D. Totalmente permeable. E. Ninguna de las anteriores. Corrección: Recordemos que la membrana plasmática, dada su composición química, permite el paso de determinadas sustancias, por lo que es semipermeable o de permeabilidad selectiva; por lo tanto, las altemativas A y D son incorrectas. Dada la composición lipídica de la membrana plasmática, es permeable a lípidos e impermeable a moléculas de gran tamaño; por lo tanto, la alternativa C es incorrecta. De acuerdo a lo anterior, la membrana es de permeabilidad selectiva, por lo que es correcta la alternativa B.

2

3

Observa la siguiente imagen que representa la membrana plasmática.

Los lípidos que constituyen las membranas de la célula se caracterizan por: 1. tener un extremo hidrofilico y otro hidrofóbico. 11. ser insolubles en detergentes. 111. ser apolares.

A. Solo 1 B. Solo 11 C. Solo 11I D. 1Y I1 E. 11Y 11I Fuente: DEMRE, Universidad de Chile, Modulo oficial prueba de ciencias. Pregunta 3. Santiago, mayo de 2009.

¿A qué corresponden respectivamente?

las estructuras

4

1, 2 y 3,

A. Glucocálix, fosfolípido, proteína de membrana. B. Capa lipídica, canal, receptor. C. Fosfolípido, proteína integral, glucocálix. D. Glucocálix, proteína periférica, carbohidrato. E. Fosfolípido, proteína periférica, proteína integral. Santillana Bicentenario

¿Cuál de las siguientes opciones caracteriza la estructura de la membrana plasmática? A. B. C. D. E.

96

Rígida e idéntica entre las células. Rígida y diferente según la célula. Fluida y desorganizada. Fluida y organizada. Rígida y organizada.


5

La molécula que se difundirá libremente a través de la bicapa de fosfolípidos de la membrana plasmática es:

La bomba de sodio-potasio es un mecanismo relacionado con el transporte activo. Esto implica que:

A. polar, pequeña, sin carga eléctrica.

A. se utiliza energía.

B.

B.

C. D.

E.

6

8

polar, grande, sin carga eléctrica. apolar, pequeña, sin carga eléctrica. apolar, grande, sin carga eléctrica. Ninguna de las anteriores.

En algunas situaciones, el transporte de sustancias a través de la membrana ocurre por mecanismos de cotransporte y contratransporte. Al respecto, se puede señalar que:

estos iones pueden atravesar la bicapa de fosfolípidos. C. ocurre a favor del gradiente de concentración. D. las sustancias entran a la célula por endocitosis. E. todas las anteriores.

9

¿Cuál de las siguientes sustancias NO podrá atravesar libremente la membrana plasmática? A.

estos mecanismos ocurren en sustancias como la glucosa y el calcio. 11. en el cotransporte, una sustancia entra a la célula y sale otra sustancia distinta. 111. en el contratransporte, ambas sustancias se mueven en contra del gradiente de concentración.

B.

Solo 11 Solo 111

C. D. I Y 11

E.

7

11Y 111

Si una sustancia se mueve en contra del gradiente de concentración, significa que este movimiento ocurre: 1.

de un medio más concentrado a uno menos concentrado. 11. de un medio menos concentrado a uno más concentrado. 111. en medios de igual concentración. IV. sin gasto de energía. V. con gasto de energía.

E.

°2·

B.

1.

A. Solo I

D.

C02· Aminoácido. Etanol. Agua.

C.

10

Dos procesos de intercambio de sustancias entre el medio intracelular y su exterior corresponden a la endocitosis y la exocitosis. Al respecto, ambos procesos son similares en que: 1. utilizan energía. 11. aumentan el tamaño de la membrana plasmática. 111. en el intercambio a nivel de membrana hay participación enzimática. IV. se relacionan con la actividad de algunos organelos citoplasmáticos.

A.

B. C. D.

E.

I Y IV 11Y 111 1,IIylll 1,11Y IV 1,111 Y IV

A.

Solo I B. Solo 111 C. I Y IV D. lIyV E. 111Y IV

Biología

ce u ar

J--Espermatozoide

Ovocito

Cigoto

Blastocisto

Embrión 5 semanas


Embrión 7 semanas

Feto 12 semanas

1981

Feto 34 semanas

Observa las imágenes y desarrolla las actividades que se plantean a continuación.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Describe lo que se muestra en la secuencia de imágenes. ¿Qué características morfológicas tienen el ovo cito y el espermatozoide? ¿Qué funciones cumplen estas células? ¿Cómo se origina el cigoto a partir del ovocito y del espermatozoide? ¿Cómo se logra originar un individuo multicelular a partir de una célula? ¿Cómo se forman los diferentes tejidos a partir de las células? ¿Cómo se regeneran las células especializadas de un tejido del organismo adulto si se produce una lesión?

• Conocerás y comprenderás: los principales procesos biológicos implicados en la formación de tejidos y órganos durante el desarrollo embrionario; la organización general de algunos tejidos y órganos y de los distintos tipos de células especializadas que los conforman; los cambios que ocurren durante el proceso de diferenciación celular que llevan a la especialización de las células que forman tejidos y órganos; cómo el proceso de diferenciación celular permite la renovación y reparación de algunos tejidos y órganos. • Desarrollarás habilidades para: interpretar información a partir de tablas y gráficos. • Desarrollarás actitudes para:

Vaso sanguíneo

Músculo

Piel

19911

reconocer la importancia de los avances científicos referidos a la utilización de células madre en aplicaciones biomédicas, como reparación de tejidos y órganos; valorar los avances científicos en el desarrollo de nuevos tratamientos para enfermedades humanas; practicar hábitos tendientes al cuidado de la salud; fundamentar una opinión con respecto a los aspectos éticos del trabajo con células madre embrionarias.

Biología

Evaluación di

,

.

nostica

1 Observa

la ilustración de una célula eucarionte. En tu cuaderno, escribe el nombre de las estructuras cuatro de ellas y describe la función que desempeñan en la célula.

\r----

e

ll---

señaladas, elige

f

g

b---t ~l1-h

e

2

Observa las imágenes y, luego, responde en tu cuaderno:

.... ••••

•• • ••

. .•.. " • \0'_, .., ~./ ... .,. _

-.. '* Células nerviosas.

Células musculares estriadas.

Células sanguíneas.

a. Cuando estas células se asocian con otras que tienen las mismas características morfológicas y funcionales, ¿qué tejidos forman? b. ¿Cuál es la función general de cada uno de estos tejidos? c. ¿Cuál es la diferencia entre célula y tejido?

3

En tu cuaderno, responde las preguntas que se plantean a continuación.

a. La información hereditaria contenida en el núcleo de las células eucariontes de un mismo organismo ¿es igual en todos b. c.

los tipos celulares? Justifica tu respuesta. ¿Son iguales todas las células que forman los distintos tejidos y órganos de un individuo? Fundamenta tu respuesta. ¿Qué organelo debería estar más desarrollado en una célula secretora? Explica.


11001

UNIDAD 3 I Especialización celular

4

En Chile, muchas mujeres embarazadas

siguen consumiendo

de médicos del Servicio de Salud Sur Oriente, salud de menores cuyas madres consumieron

drogas, sin importarles

su estado. Por esta razón, un grupo

llevaron a cabo una investigación que muestra las consecuencias

sobre la

pasta base de cocaína durante el desarrollo prenatal. Los datos al respecto se

muestran en la siguiente tabla: Tabla N° 1: Peso corporal al nacer

< 2,500

6,8

42

2,500 - 2,999

15,1

33

78

25

> 2,999

Fuente: Mena, R., y otros, "Gastos en salud de hijos de consumidoras de pasta base de cocaína", Revista Médica de Chile [online]. 2002, vol, 130, n, 11, pp. 1241-1248,

a. Grafica los datos de la tabla utilizando el programa Excel o en una hoja de papel milirnetrado. b. Analiza el gráfico y explica qué relación existe entre el consumo de drogas de las madres y el peso de los recién nacidos, c. Además de las consecuencias que muestran estos datos, ¿qué otros efectos crees que puede causar el consumo de drogas d.

e.

por parte de las madres en los recién nacidos? De acuerdo a tus conocimientos, ¿a qué estructuras del organismo afectan específicamente Fundamenta tu respuesta, Describe dos medidas que implementarías para prevenir el consumo de drogas,

estas sustancias ilícitas?

Reviso --------------------------•

Revisa el Solucionario y luego escribe tu puntaje en el cuadro,

DESCRIPTOR:

PREGUNTA

Reconocer la estructura de la célula eucarionte y de sus organelos.

PUNTAJE

1

Relacionar los tipos celulares con el tejido que forman,

2 Distinguir célula y tejido, Reconocer el origen de las diferencias entre tipos celulares.

3

Elaborar gráficos a partir de una tabla de datos,

4 Analizar e interpretar gráficos,

11011

Biología

1. Formación de los tipos celulares La fusión del espermatozoide con el ovocito da origen a una nueva célula, el cigoto, que mediante múltiples divisiones celulares genera un grupo de células embrionarias llamadas células madre, que son totipotenciales, es decir, capaces de proliferar, diferenciarse, especializarse y de esta manera dar origen a los distintos tejidos y órganos de un nuevo individuo. En este proceso, denominado diferenciación celular, se lleva a cabo la especialización de las células. La diferenciación celular ocurre durante el desarrollo embrionario, aunque después del nacimiento y durante la etapa de crecimiento, los tejidos y órganos continúan creciendo junto con el individuo. Además, algunos tejidos especializados, como la piel, la sangre y los huesos, se renuevan constantemente y se reparan en respuesta a un daño. Sin embargo, solo algunos órganos tienen la capacidad de repararse. Los tejidos con capacidad de regeneración y reparación conservan un grupo de células madre llamadas células troncales, a partir de las cuales se originan las células especializadas que constituyen el tejido. Así, la diferenciación celular es un proceso que ocurre durante todo el desarrollo de los organismos y es esencial para su crecimiento y para la regeneración y reparación de órganos y tejidos. Durante el desarrollo embrionario ocurre una serie de eventos que culminan con la formación de un organismo completo:

10 Proliferación celular. Luego de la formación del cigoto, las células se multiplican por división celular; este aumento en número contribuye con el crecimiento del embrión. Posterior al nacimiento, las células del individuo continúan multiplicándose, permitiendo el crecimiento de tejidos y órganos durante la niñez y adolescencia. En la vida adulta, solo proliferan las célulasque renuevan o reparan algunos tejidos y órganos.

20 Migración de células. Las células embrionarias se mueven y desplazan en el tejido hacia la región donde son requeridas. Esta migración permite el movimiento de grupos de células para formar las capas germinativas o embrionarias, este proceso se denomina gastrulación y ocurre en la tercera semana de desarrollo. Además, la migración celular interviene en la formación, crecimiento, renovación y reparación de los tejidos y órganos de un individuo. Embrión humano de

siete semanas de gestación.


1102

I


3° Determinación celular. Las células que van a formar los tejidos y órganos específicos se comprometen con un destino celular, es decir, el tipo celular en el que se convertirán. Siendo esta la etapa inicialdel proceso de diferenciación celular.

~

i'

3

(1)

CL Po>

n

o

3 3

o :;:¡ Vl

4° Diferenciación celular. Es el proceso en el cual una célula adquiere una forma y función particular que le permite desempeñar una función especializada en un tejido u órgano. Por tanto, este proceso da origen a todos los tipos celulares especializados que estructuran los distintos tejidos y órganos de nuestro cuerpo. La diferenciación celular ocurre durante la formación, renovación y reparación de tejidos y órganos de un individuo.

5° Muerte celular programada. Evento conocido como apoptosis, consiste en la muerte controlada de células en distintos órganos y tejidos. A diferencia de la muerte accidental (necrosis) provocada por heridas, agentes físicos o químicos, la apoptosis es necesaria para la formación y modelamiento de nuevas estructuras embrionarias, así como para el normal funcionamiento de tejidos y órganos.

Embrión humano de nueve semanas de gestación.

-.

DATO El proceso de proliferación celular puede verse afectado por factores genéticos o ambientales que alteran su curso normal. Por ejemplo, la exposición a la radiación o a productos químicos como el tabaco, entre muchos otros. Estos factores pueden llegar a alterar el normal proceso de proliferación celular y provocar divisiones celulares descontroladas que causan la formación de tumores (agrupaciones de células) que, en algunos casos, pueden desencadenar en cáncer. Averigua qué otros factores ambientales pueden alterar la proliferación celular. ¿Qué medidas se pueden tomar para prevenir el desarrollo de tumores?

~

_~_._

1

EN

LA RED

Digita el código MB1103 Ylee la información que se presenta en la página sobre las células madre. Elabora un glosario con los términos más relevantes y compártelo con tu curso.

1103

I

Los conceptos totipotencial, multipotencial y pluripotencial generalmente suelen confundirse. Después de la fecundación, las células que están en división (blastómeros) son totipotenciales, es decir, pueden dar origen a todos los anexos embrionarios y a todos los tipos celulares del cuerpo humano. Cuando las células forman el blastocisto son pluripotenciales, ya que se diferencian en menores tipos celulares que las totipotenciales. En cambio, las células que forman las capas embrionarias son multipotenciales, es decir, tienen un potencial de diferenciación menor que las pluripotenciales, debido a que solo pueden regenerar órganos o tejidos derivados de una detenninada capa embrionaria.

Biología

2. Patrones de desarrollo embrionario En los mamíferos, la fecundación fusionan dos células altamente espermatozoide,

aportados

es un proceso en el que se

A partir de la cuarta semana se desarrollan las estructuras que

y el

darán origen a los distintos órganos y sistemas. En el segundo

especializadas: el ovocito

por la madre y el padre, respec-

tivamente. A partir de este momento embrionario,

comienza el desarrollo

proceso que dará origen a un nuevo individuo.

Así, se genera una nueva célula que prolifera

y se divide

mediante

mes se inicia la formación

de los tejidos y órganos que se ori-

ginan de las tres capas embrionarias, proceso que culminará al noveno mes de gestación, con un individuo

completamente

formado.

sucesivas mitosis originando células hijas llamadas blastómeros. Durante

la primera

semana del desarrollo

embrionario,

los

blastómeros proliferan hasta formar una estructura de dieciséis células llamada mórula. Estas células continúan proliferando mediante división celular hasta constituir mada blastocisto

(que finalmente

una estructura

lla-

se ancla en el

útero de la madre) que contiene en su interior un grupo de células, a partir de las cuales se formará el embrión. Después de la implantación

hasta la

Blastocisto

tercera semana ocurre el proceso Mórula

de gastrulación, que requiere de la multiplicación

y

migración de

células para dar origen a tres capas embrionarias: dermo, mesodermo

Blastómeros

ecto-

y en-

dodermo.

" •

-

Cigoto Ovario



1.

Busca información sobre el desarrollo de las capas embrionarias y, con material de desecho, elabora una maqueta que las represente,

Blastocisto implantado

Endodermo, A partir de esta capa se desarrolla el sistema digestivo, hígado. páncreas, intestino y timo; laringe, faringe. tráquea, pulmón y amígdalas; glándulas tiroides y paratiroides, vesícula biliar; oído medio y vejiga urinaria,

•

•

•

-. Mesodermo, Origina los tejidos conectivos y mesenquimal, dermis, músculos, cartílagos, huesos y columna vertebral; aparato circulatorio. sangre, vasos sanguíneos y linfáticos; órganos reproductivos. riñón, corazón y glándulas suprarrenales,

Ectodermo, Da origen al sistema nervioso central: cerebro y médula espinal; sistema nervioso periférico: nervios motores y sensitivos; retina, cristalino y cornea; oído medio e interno y epitelio de la boca; hipófisis (o pituitaria); glándulas mamarias. sudoríparas y sebáceas; pelos, uñas, dentina y esmalte de los dientes,

11051

Biología

3. Formación de los órganos Durante la tercera y cuarta semana de desarrollo embrionario, las células que conforman las tres capas embrionarias (ectodermo, mesodermo y endodermo) proliferan y se desplazan, lo que se traduce en el crecimiento y cambios de forma de cada una de estas capas. Esto permite originar todos los tejidos y órganos de nuestro cuerpo, estableciéndose así el plan básico de la formación corporal del futuro individuo. A continuación se describe brevemente el proceso de formación de algunos tejidos y órganos. Mediante el uso de ecografías se puede determinar lo edad fetal, poro evaluar el crecimiento del feto y su posición en el útero. Las células del epitelio proliferan hasta formar los primordios bronquiales, durante la quinta semana de desarrollo. Posteriormente, estos se ramifican por proliferación celular hasta formar los bronquios y bronquiolos.

r Sistema respiratorio.

Se desarrolla a partir del divertículo respiratorio, derivado de la región anterior del tubo digestivo, durante la cuarta semana de desarrollo.

Durante la semana veintiséis, de los extremos terminales de los bronquiolos surgen los alvéolos, que aumentan considerablemente de tamaño durante las últimas semanas de desarrollo. Las células que los forman se diferencian en dos tipos: tipo 1,llamadas neumocitos, que tienen la función de intercambio gaseoso durante la respiración, y tipo 11,que secretan una sustancia que cubre la superficie interna de los alvéolos y facilita la expansión de estas estructuras durante la respiración. Al momento del nacimiento, se encuentran desarrollados y funcionando casi la totalidad de los trescientos millones de alvéolos.

Embrión

r

humano

al finalizar el primer mes de gestación.

Corazón. Comienza a desarrollarse durante la tercera semana de gestación, a partir de la capa mesodérmica.

El corazón presenta una forma tubular al principio de su formación. Posteriormente, este tubo se pliega y forma las cámaras cardiacas, que más tarde constituirán aurículas y ventrículos. Santillana Bicentenario

Comienza a latir entre la cuarta y la quinta semana de gestación, aunque no ha completado su desarrollo total. El latido se debe a que las células del mesodermo comienzan a diferenciarse en células musculares estriadas llamadas cardiomiocitos, que presentan un citoesqueleto contráctil que permite su contracción y relajación, y que dan forma al corazón.

,106,

/


/ / /

/ / /

Sistema digestivo. Se forma mediante un proceso complejo, pues se deben originar los órganos y algunas glándulas anexas, como el hígado yel páncreas. Su fomnación temnina alrededor de la vigésima semana de desarrollo, con el epitelio intestinal diferenciado, pero no es completamente funcional sino hasta después del nacimiento.

/

Durante la cuarta y quinta semana, a lo largo del tubo digestivo comienzan a fomnarse la tráquea, esófago, estómago, hígado, páncreas e intestinos. A fines del segundo mes, se desarrolla la mucosa gástrica -capa de células que recubre el estómago e intestino- y, a partir de ella, se diferencian los distintos tipos celulares, entre ellos, las células que secretan el ácido clorhídrico necesario para la digestión.

/

/

/

Mediante el plegamiento del endodemno, en la tercera semana de desarrollo se fomna un conducto correspondiente al intestino primitivo. Durante el segundo mes, las células del epitelio intestinal comienzan a proliferar y se fomnan vellosidades intestinales, en cuya base hay células madre que continúan proliferando, algunas de las cuales migran hacia la punta de la vellosidad y se diferencian en cuatro tipos celulares, uno de ellos es el enterocito, con capacidad de absorber los distintos nutrientes.

En el tubo digestivo, entre el estómago yel intestino, las células del endodemno se multiplican, fomnan un divertículo y se diferencian en células llamadas hepatocitos. A medida que el desarrollo avanza, se va confomnando una estructura celular que dará origen al hígado y a la vesícula biliar.

Cerca de donde se forma el hígado, se produce otro divertículo que dará origen a una glándula llamada páncreas; las células del endodemno se transforman en células progenitoras pancreáticas, diferenciándose en dos tipos celulares: las células endocrinas y las células exocrinas. Estas últimas se organizan en grupos que conforman unas estructuras denominadas acinos, que se conectan mediante conductos secretores con conductos mayores que temninan desembocando en un único conducto principal en el intestino delgado (duodeno). Las células progenitoras proliferan y luego se dife-rencian en células pancreáticas exocrioas, que tienen la función de producir y secretar las enzimas esenciales para la digestión. En cambio, las células endocrinas producirán y secretarán hormonas al torrente sanguíneo.

Cerebro y médula espinal. Se fomnan a partir de las células del ectodemno. Un extremo de esta capa da origen a la cabeza y el otro, a la médula espinal.

Vértebras. Al comienzo de la tercera semana, en los costados del tubo neural en fomnación, por proliferación celular, se fomnan agrupaciones de células derivadas del mesenquima, dando origen a las semitas. Un grupo de somitas migran hacia el tubo neural para fomnar grupos de células denominadas esclerotoma, a partir de las cuales se diferenciarán las células que formarán las costillas, vértebras y discos vertebrales, en cuyo interior quedará la médula espinal. Las somitas, a su vez, se dividen en dos regiones: el dermatoma, orientado hacia el ectodemno, y el rniotorna, orientado hacia el tubo neural. I

107

I

Las neuronas del cerebro y de la médula espinal se originan a partir de la proliferación y diferenciación de células madre totipotenciales que fomnan un tejido denominado neuroepitelio. Este se encuentra en las paredes del tubo neural, grupo de células en medio de la capa ectodémnica. La región anterior del tubo neural crece y forma una estructura abultada (prosencéfalo), que fonmará una serie de estructuras, entre ellas el cerebro.

Biología

Extremidades (músculos, huesos y médula ósea). Comienza en la cuarta semana de desarrollo, al aumentar el número de células del mesodermo en la zona donde se desarrollará la extremidad (brazo o piema). Este grupo de células mesodérmicas se cubre por una capa engrosada de células del ectodermo, formando el primordio de la extremidad, estructura embrionaria de la cual se originan músculos, huesos y médula ósea. Casi al final del primer mes, el primordio continúa proliferando, constituyendo una estructura más notoria denominada yema de la extremidad.

Las células mesenquimatosas de la yema dan origen a los huesos de las extremidades. A su vez, los axones de las neuronas que vienen del tubo neural inervarán los músculos de los huesos. Para la formación de los huesos, las células mesenquimáticas de la yema se agrupan, condensan y diferencian en condrocitos, que forman el cartílago a partir del que se originarán las células óseas que constituirán la gran mayoría de los huesos. Estos tejidos cartilaginosos se observan durante la sexta semana. Posteriormente, son invadidos en el centro por vasos sanguíneos, quedando recluidos hacia los extremos los condriocitos, que proliferan y permiten que los huesos crezcan por los extremos. Sin embargo, hacia el centro del hueso los condriocitos se hipertrofian, mineralizan la matriz extracelular que los rodea y luego mueren. Con la entrada de los vasos sanguíneos ingresan células mesenquimáticas que luego se diferencian en osteoblastos, los cuales depositan matriz ósea, formada por proteínas y minerales, sobre la matriz mineralizada que dejaron los condriocitos, y, al momento del nacimiento, los huesos están osificados.


La yema de la extremidad crece y se desarrolla hasta alcanzar un aspecto de aleta. Posteriormente, durante la sexta semana, comienzan a formarse los dedos de las manos y pies. Al comienzo, estas estructuras tienen forma compacta pero, a medida que avanza el desarrollo, se insinuan los dedos, que se definen gracias a que las células que originalmente se encontraban entre dedo y dedo mueren por apoptosis. A partir del dermatoma se forma la capa intema de la piel (dermis), mientras que el miotoma da origen a las células de los músculos de la espalda, del tórax, del abdomen y de las extremidades.

Unas células poco diferenciadas, llamadas células miógenas o premusculares, se agrupan alrededor del cartflago y generan dos masas pre-musculares que originarán los músculos flexores y los extensores de la extremidad. Para esto, las células miógenas se diferencian en mioblastos, que luego se fusionan y forman un miotubo (célula multinucleada) que finalmente da origen a las fibras musculares. Un grupo pequeño de células miógenas, llamadas células satélite, permanecen en la periferia de la fibra muscular en el individuo adulto y permiten el crecimiento y la regeneración del músculo frente a un daño accidental o por un ejercicio muy extremo.

/


/

Sistema circulatorio y sangre. En la tercera semana de desanrollo comienza la formación de vasos y células sanguíneas, a partir de las células llamadas hemangioblastos, que se transforman en dos tipos celulares: las células endoteliales y las células madre hernato-

/

,

.

poyencas.

De las células endoteliales se formarán los vasos sanguíneos y a partir de las células madre hematopoyéticas derivarán los tipos celulares presentes en la sangre (eritrocitos y leucocitos). Entre la cuarta y la octava semana de desanrollo, se generan nuevos hemangioblastos que también forman células hematopoyéticas y, en el sexto mes de gestación, el mesoderma embrionario deja de producir células hematopoyéticas y sanguíneas, las cuales comienzan a formarse exclusivamente en la médula ósea de los huesos.

Gracias 01 avance tecnológico, actualmente se realizan ecografías en cuatro dimensiones complementar los estudios que se hocen con los ecografías tradicionales (bidimensionales), pues permiten observar lo morfología ex temo del feto y obtener uno reconstrucción de su esqueleto y circulación en tres dimensiones.

DATO Dado que las células mesenquimáticas

pre-

sentes en el primordio que originará la extremidad están determinadas

a formar cartílagos,

si estas son transplantadas a otro sitio o bien se cultivan en laboratorio

Piel. Este órgano cubre la superficie del organismo y esta constituido por la epidermis (capa más extema) y la dermis (capa interna).

rencian solo en una estructura cartilaginosa.

Durante el sexto mes, se distinguen tres capas: una basal, una medial y otra superior. La capa basal conserva células madre que proliferan y luego se diferencian en células llamadas queratinocitos que forman los estratos más profundos de la epidermis.

Durante el primer mes de desanrollo, la epidermis se forma principalmente a partir del ectodermo, cuyas células proliferan y dan origen a una capa de células peridérmicas, y luego, continúan multiplicándose y las células peridérmicas mueren por apoptosis.

1.

Elabora

una línea de tiempo

embrionario.

Puedes

incluir

donde imágenes

expliques

siempre se dife-

la formación

y los rótulos

de los diferentes

sistemas

del cuerpo

humano

durante

el desarrollo

necesarios.

11091

Biología

4. Material genético y formación celular La información genética necesaria para el desarrollo de un nuevo individuo se encuentra en el ADN contenido en el núcleo de los gametos. Durante la fecundación, los gametos del padre y de la madre se fusionan, sus núcleos se juntan y asíla célula resultante contiene toda la dotación genética del nuevo ser vivo. Después de la fecundación se producen sucesivas divisiones celulares, lo que permite que los blastómeros proliferen, transmitiendo el material genético a todas las células hijas, produciendo de esta manera el crecimiento del embrión. Los blastómeros son células totipotenciales. A medida que el embrión crece, las células comienzan a diferenciarse para formar los distintos tejidos y órganos del ser vivo por nacer. Por ejemplo, algunas de las células del embrión darán origen a las células nerviosas, como las neuronas, otras a las células musculares del corazón, otras a los osteoblastos, células que forman los huesos, y otras, a las células de la epidermis que serán parte importante de la piel. El material genético contenido en el ADN es fundamental para la formación de los distintos tipos celulares: a medida que las células totipotenciales se van diferenciando en las capas embrionarias, y estas en los tejidos y órganos, las células diferenciadas utilizan y expresan solo algunas partes de la información genética contenida en el ADN. En este sentido, las neuronas expresan los genes necesarios para que esta célula produzca los neurotransmisores y pueda transmitir los impulsos nerviosos; los cardiomiocitos expresan la información genética necesaria para formar las estructuras contráctiles y se pueda contraer el corazón; los osteoblastos expresan la información genética necesaria para formar el hueso, y las células de la epidermis utilizan otra parte de la información genética para formar la proteína queratina, que ayuda a proteger la piel. El ADN está dividido en miles de segmentos denominados genes. Por lo tanto, la base molecular de la diferenciación celular se encuentra en la expresión diferencial de los genes, lo que permite que una célula particular cumpla funciones determinadas. Lo mismo ocurre en cada tipo celular: se activan solo aquellos genes que tienen información específica para cada uno. A esto se le denomina expresión génica diferencial o tejido específica.

Los blastómeros contienen todo lo información genético de un individuo. Codo tipo celular expreso uno determinado porte del ADN.


1110

I


1.

En tu cuaderno, elabora un mapa conceptual que resuma lo expuesto en esta página. Incorpora los siguientes conceptos y recuerda utilizar los conectores apropiados. Cigoto

Blastocistos

Células totipotenciales

,

Tejidos

Organos

Genes

2. Observa el siguiente experimento realizado con gametos femeninos de vaca y de rana, y responde las preguntas en tu cuademo.

o

Se destruyeron los núcleos } de los gametos de hembras de rana y de vaca.

_Y-e Se tomaron los núcleos de células epidérmicas de la piel de la rana y de la vaca y fueron inyectados dentro de ovocitos sin núcleo de la especie respectiva.

Ovocitos anucleados

!

e

El gameto de rana fue mantenido en un medio líquido y el de vaca fue introducido en el útero de una vaca receptora. Ambos portaban el núcleo de las células de la epidermis de su especie. En cada caso se desarrolló un individuo completo.

a. ¿Qué pregunta relacionada con la diferenciación celular es posible responder con este experimento? b. ¿Qué habría ocurrido si en vez de núcleos de células epidérmicas se hubieran usado núcleos de células hepáticas, por ejemplo?

11111

Biología

Evaluación de

1

recese

En tu cuaderno, completa las siguientes oraciones seleccionando el término correcto.

a.

(especializadas/totipotenciales) que forman los tejidos y órganos de un individuo.

en células

b.

(especializadas/totipotenciales) proliferan y se diferencian

Durante el desarrollo embrionario, células

Durante el proceso de diferenciación celular, una célula totipotencial

experimenta cambios

fológicos/funcionales) en su estructura y adquiere nuevas características

(mor-

(morfológicas/funcionales)

que permiten su especialización.

c.

Las células especializadas que forman cada uno de nuestros tejidos y órganos tienen

(solo una parte/el

total) de la información genética para originar un nuevo organismo, pero expresan

(solo una parte/el

total) de esta información necesaria para su función particular.

2

Responde en tu cuaderno las preguntas que se plantean a continuación.

a.

Explica cómo, a partir de las célulastotipotenciales de una blástula,se pueden formar los distintos tipos celulares que forman un organismo.

b.

3

Indica los procesos celulares básicos para la formación de un individuo.

A continuación se muestran imágenes de diferentes tejidos y órganos del cuerpo humano. En tu cuaderno, indica la capa embrionaria de la que se originan.

Cerebro

Hueso

Intestinos

Vasos sanguíneos

Oído medio

Hígado


1112

I


Reviso --------------------------•


DESCRIPTOR:

PREGUNTA

Reconocer las características de las células embrionarias y especial izadas. Identificar y explicar los procesos celulares básicos que permiten la formación de un nuevo individuo. Relacionar los tejidos y órganos del cuerpo humano con las capas embrionarias de las que se originan.

PUNTAJE

¿QUÉ DEBES HACER?

1


2


3


Actividades Actividad 1. Explica con tus palabras en qué consiste el proceso de diferenciación celular. Actividad 2. Elabora un organizador gráfico en el que relaciones el origen de las células que forman a un individuo adulto y los procesos celulares básicos que permiten la diferenciación celular. Si lo estimas pertinente, puedes elaborar un cómic u otro material que te permita explicar estas relaciones. Actividad 3. En una tabla, organiza las capas embrionarias y los tejidos y órganos a los que dan origen. Puedes guiarte por la tabla que se muestra a continuación.

Capa embrionaria Endodermo

Mesodermo

1113

I

Ectodermo

Biología

5. Tipos celulares Ya hemos visto que los tejidos son agrupaciones de células de forma similar, que suelen tener un origen embrionario común y que interactúan en el desarrollo de una o más funciones especializadas. Las cualidades de cada tejido dependen, en gran medida, de las uniones que se establezcan entre las células y de las características del material extracelular.

La diferenciación celular es el proceso mediante el cual una célula se especializa para realizar una función específica que, a su vez, corresponde a la del tejido u órgano del que forma parte. En una célula especializada, existe una relación muy estrecha entre su estructura y función.

A continuación revisaremos la función que cumplen algunos de los tipos celulares que conforman determinados tejidos.

•

Neuronas. Son células que forman parte del tejido nervioso y transmiten los impulsos nerviosos. Al observar la morfología de una neurona, se aprecia que son células alargadasformadas por un cuerpo celular o soma, con una prolongación principal llamada axón y una serie de ramificaciones llamadas dendritas. La forma característica de una neurona es fundamental para la propagación eficiente del impulso eléctrico a lo largo de la neurona y de una neurona a otra. A nivel subcelular, es decir, con respecto a la organización de los distintos compartimentos celulares y organelos, se puede observar que estos también están organizados de manera coherente con la función de la neurona; por ejemplo, tienen un aparato de Golgi orientado hacia el axón, donde se forman las vesículas que almacenan los neurotransmisores. Estasvesículasson transportadas a lo largo de los microtúbulos del citoesqueleto, desde el soma hasta el extremo distal del axón, donde serán secretados mediante exocitosis al espacio sináptico.

Soma

Encéfalo

Axón

Aparato de Golgi

'------ Médula espinal Dendritas


1114

I


•

Células exocrinas del páncreas. Son células especializadas en la secreción celular, específicamente producen y secretan las enzimas amilasa y carboxipeptidasa, que son vertidas al intestino delgado, donde participan en la digestión de los carbohidratos. Estas células tienen un RER y un aparato de Golgi muy desarrollado, puesto que las enzimas son secretadas a través de vesículas de secreción hacia el exterior de la célula. Además, se polarizan en su organización subcelular; es decir, orientan su núcleo hacia la región basal (pared del acino) mientras que el aparato de Golgi y los microtúbulos se orientan hacia la zona apical (Iumen del acino), que corresponde a la dirección de secreción. Las células exocrinas del páncreas se unen entre sí lateralmente a través de uniones estrechas, formando los acinos, grupos de ellos constituyen los lóbulos pancreáticos, los cuales se conectan a un conducto principal que desemboca en el intestino delgado (duodeno).

Páncreas

.. . . .. .'

• ••

. • r • .•

.

.. .

..

·.

'.,

\

•

O:

·•

Conducto--__"'~~~~rt secretor

Lumen acinar Aparato de Golgi Acino pancreático

Zona apical Célula exocrina del páncreas

DATO Elpáncreas también tiene una función endocrina, vale decir, produce y secreta hormonas. De estas hormonas, la insulina y el glucagón regulan la concentración de azúcar en la sangre: por una parte, la insulina acelera el transporte de glucosa desde la sangre hacia las células, principalmente en las fibras musculares y, por otra, el glucagón promueve la liberación de glucosa desde las células hacia la sangre cuando el nivel de esta se encuentra bajo lo normal. Este mecanismo está finamente regulado para mantener los niveles de glucosa dentro de los parámetros normales (glicemia).

1115

I

Biología

•

Osteoblastos. Son células secretoras ubicadas en la superficie de los huesos. Los osteoblastos presentan una organización subcelular polarizada, donde se distingue el desplazamiento del núcleo hacia la periferia de la célula, el aparato de Golgi orientado hacia la zona de secreción y un RERmuy desarrollado, debido a la importante actividad de síntesis de proteínas que llevan a cabo. Los osteoblastos secretan hacia el espacio extracelular proteínas como la osteocalcina. Estaproteína se une al calcio y otros minerales, provocando la mineralización de la matriz extracelular que rodea al osteoblasto, lo cual corresponde al proceso de osificación o formación del hueso. Los osteoblastos mueren luego de mineralizar la matriz extracelular.

.. C)

O

o

~~ .:O. o ~: . .'. . .~ <>.··a: ..

.

.~ O .

•

Osteoblasto Aparato de Golgi

Hueso

Solo algunos tejidos cuentan con la capacidad de renovarse, pues presentan un grupo de células madre que pueden dar origen a células especializadas de un tejido. En cambio, otros tejidos, algunos tan importantes como el cardiaco y los conos y bastones de la retina, carecen de este tipo de células, por lo que su renovación se ve restringida. Por lo anterior, es muy importante evitar acciones que puedan afectar el funcionamiento normal o causar daños en ellos. Averigua qué otros tejidos no tienen capacidad de renovación. Investiga sobre el efecto de las drogas sobre el sistema nervioso y, en grupo, propongan acciones para evitar daños sobre los tejidos sin capacidad de renovación.


1116

I


•

Miocitos. Son células especializadas en la contracción de la musculatura esquelética (responsable del movimiento voluntario). Su forma es alargada y su organización subcelular es muy particular: el núcleo se encuentra desplazado hacia la periferia de la célula y en su citoplasma se distinguen estrías o bandas claras y oscuras perpendiculares al eje longitudinal de la fibra que corresponden a las miofibrillas. Las miofibrillas están formadas por miofilamentos finos (cuya principal proteína es la actina) y miofilamentos gruesos (cuya principal proteína es la miosina). Las interacciones moleculares entre ambos tipos de miofilamentos permiten la contracción muscular. Además, en las fibras musculares, el REL se ha especializado en almacenar calcio y regular su concentración en el citoplasma o sarcoplasma, controlando la contracción y relajación muscular. Los miocitos están fusionados lateralmente unos con otros, formando una gran célula multinucleada y contráctil.

Núcleo

Miocito Fibra muscular

•

M itocond rias

Enterocitos. Son las células que recubren la superficie interna del intestino (Iumen). Su función es la absorción de los nutrientes producidos por la degradación enzimática de los alimentos. Estas células también tienen una organización polarizada: se distingue una zona apical, orientada hacia el lumen del intestino, y una zona basal, donde se encuentran los vasos sanguíneos. Los enterocitos se unen entre sí a través de uniones estrechas formando una capa de tejido epitelial. Se caracterizan porque en su superficie apical se observan microvellosidades, que son proyecciones de la membrana plasmática, las cuales aumentan enormemente la superficie para la absorción. Estascélulas, al igual que las células de la piel (queratinocitos), mueren por descamación luego de un tiempo .

•

Microvellosidad

,

Lumen

• • •

• •• •

.'• •

.• .... •

• •

..

.

""_--Núcleo '.

••

•

·.

.. . •

Enterocitos

•

•

Epitelio intestinal

1117

I

Biología

•

Cardiomiocitos. Son las células que constituyen el músculo cardíaco. Al igual que los mioblastos tienen una forma alargada con formación de estructuras intracelulares contráctiles similares a las de los miocitos. A diferencia de este último tipo celular, los cardiomiocitos no se fusionan, sino que se mantienen unidos a través de uniones estrechas, lo que permite la rápida propagación del impulso eléctrico a través de los cardiomiocitos que forman la capa muscular contráctil del corazón (miocardio). Tienen una gran cantidad de mitocondrias y un retículo sarcoplásmico poco desarrollado. Su actividad es involuntaria.

Corazón

-REL

Núcleo Cardiomiocito

Mitocondria

•

Eritrocitos o glóbulos rojos. Son células que forman parte de la sangre, especializadas en el transporte de oxígeno. Su forma es redonda, con una depresión en el centro por ambos lados de la célula, lo que les da un aspecto de disco bicóncavo. Esta particular forma celular permite aumentar la superficie para el transporte e intercambio de oxígeno. Además, su citoplasma contiene millones de moléculas de hemoglobina, proteína que puede combinarse rápidamente y de manera reversible con el oxígeno. En la organización subcelular del eritrocito se observa la pérdida del núcleo, la ausencia de organelos y la conexión entre elementos del citoesqueleto y las proteínas de la membrana plasmática, que favorecen la mantención de una forma celular estable, a pesar de la deformación constante que sufre al pasar por los capilares sanguíneos. La ausencia de núcleo y de organelos permite destinar todo su volumen a contener hemoglobina necesaria para el transporte de gases (02 y C02), pero no le permite sobrevivir por más de 120 días en el torrente sanguíneo. Los eritrocitos mueren y son eliminados en el bazo, hígado y médula espinal.


Eritrocitos


1118

I


•

Queratinocitos. Son las células que forman la capa más externa de la piel o epidermis. Tienen una forma aplanada y alargada, y producen gran cantidad de queratina, proteína que otorga protección y elasticidad a la piel. Lascélulas precursoras de los queratinocitos se encuentran en las capas más profundas de la epidermis

Superficiede la piel

la superficie mientras pierden el núcleo y los organelos, y acumulan queratina. Finalmente, estas células mueren y se desprenden de la superficie de la epidermis por descamación. Todo este proceso demora entre dos y cuatro semanas. Estascélulas precursoras se mantienen unidas a través de desmosomas, formando un epitelio. Sin embargo, estas interacciones celulares se pierden poco antes de la muerte de la célula, permitiendo su descamación. Queratinocito

1. En tu cuaderno, elabora una tabla donde compares las características de los tipos celulares presentados desde la página 114 a la 119. Puedes guiarte por el ejemplo que aparece a continuación.

2. Luego, a partir de la tabla, responde las siguientes preguntas: a. b. c. d.

¿Existen semejanzas entre las células que cumplen una función similar?, ¿cuáles? ¿Qué diferencias reconoces entre los distintos tipos celulares? ¿Cómo se relaciona la función de cada tipo celular con su morfología y organización subcelular? ¿De qué manera la morfología y estructura subcelular permiten que cada tipo celular desarrolle su función?

1119

I

Biología

6. Renovación y reparación de tejidos Como hemos visto, algunos tipos celulares presentan la capacidad de renovar la población celular del tejido que conforman. En estos tejidos, existe una reserva o grupo de células denominadas células madre, que han quedado desde el desarrollo embrionario, lo que permite, en cierta medida, recrear en el adulto lo que ocurrió en el embrión, cuando se diferenciaron y aparecieron por primera vez estos tipos celulares. Estos tejidos deben renovar su población celular respectiva pues constantemente van perdiendo células diferenciadas. Un ejemplo de lo anterior se produce en la médula ósea, donde se encuentran las células madre hematopoyéticas pluripotenciales, que darán origen a las líneas hematopoyéticas mieloide y linfoide. A partir de la línea mieloide se originan los eritrocitos o glóbulos rojos de la sangre. Ya que los eritrocitos, debido a un proceso de envejecimiento, son retirados de la circulación cada 120 días por el bazo. Los eritrocitos que son eliminados deben necesariamente ser remplazados por un número equivalente de eritrocitos nuevos. A partir de la línea linfoide se diferencia un tipo celular llamado osteoclasto, que se activa y secreta enzimas que degradan el hueso mineralizado, proceso denominado resorción ósea. Así, nuevos pre-osteoblastos deben formarse y desplazarse hacia las zonas de resorción ósea para transformarse en nuevos osteoblastos que regeneran el hueso degradado por los osteoclastos. De esta manera, se mantiene un balance constante entre el hueso absorbido por el osteoclasto y el formado por el osHueso

•••... v

I teoblasto.

La piel es otro tejido que requiere renovarse constantemente. Los queratinocitos son células que se diferencian en la piel y se van perdiendo por descamación, desde las capas más superficiales de la epidermis, que se produce por el desgaste de la superficie de esta. Los queratinocitos necesitan alrededor de cuatro semanas para pasar desde la capa basal de la epidermis, donde se originan, hasta llegar a la descamación. Existiendo así un equilibrio entre regeneración y pérdida celular.

Sangre La piel, la sangre y los huesos tienen células madre que les permiten renovarse y repararse ante lesiones.


Cuando un hueso sufre alguna fractura o se produce una lesión o herida en la piel, el tejido puede ser reparado gracias a las células madre. No obstante, la capacidad de regeneración es limitada, por lo que no se pueden realizar grandes reparaciones y es recomendable el cuidado del tejido. Por ejemplo, en el caso de quemaduras profundas, se mueren las células madre en la región de la lesión, en este caso, es necesario un injerto de piel para recuperarlas. Asimismo, es importante recordar que no todos los tejidos presentan esta capacidad de renovación y/o reparación.

120

I


Renovación de válvulas cardiacas Objetivo •

Generar válvulas cardiacas para niños con cardiopatías congénitas a partir de células del cordón umbilical.

Problema de investigación •

¿Es posible desarrollar un tratamiento alternativo para pacientes con cardiopatías valvulares congénitas? Los niños que presentan un defecto de nacimiento en una válvula cardiaca reciben una válvula de remplazo ya sea de origen animal, de un donante cadáver humano o bien de algún material artificial.Estas estructuras de remplazo no acompañan el crecimiento y desarrollo del niño, vale decir, no aumentan de tamaño ni cambian su forma, lo que les obliga a ser intervenidos quirúrgicamente para ir remplazándolas por otras nuevas que se adecuen a su tamaño. Por otra parte, a los pacientes que poseen válvulas fabricadas con materiales artificiales, como el titanio, se les debe administrar de por vida fármacos anticoagulantes para evitar la formación de coágulos. Un grupo de científicos alemanes demostró la factibilidad de fabricar válvulas cardiacas a partir de células madre de cordón umbilical obtenidas al momento de nacer, con el objetivo de proporcionar una alternativa de tratamiento a niños con cardiopatías congénitas. La sangre del cordón umbilical es rica en células madre hematopoyéticas, que se caracterizan por presentar mucha plasticidad, lo que les permite, bajo ciertas condiciones de cultivo, derivar hacia otros tipos celulares y por ende a otros tejidos. Para esto se obtuvieron muestras de sangre de cordón umbilical, las que se conservaron congeladas durante doce semanas. Luego, se cultivaron directamente sobre un molde fabricado con material biodegradable y que imitaba la forma de las válvulas. Después de cuatro o cinco semanas, al observar la estructura generada al microscopio, los científicos comprobaron que las células madre habían crecido adecuadamente entre los poros del molde sobre el cual habían sido puestas, formando una fina capa de tejido endotelial. Así, observaron que las células sobreviven al cultivo, anidan adecuadamente y, lo más sorprendente, es que fueron capaces de crear a su alrededor una matriz extracelular muy parecida a la natural. Al comparar las válvulas creadas en el laboratorio con las de tejido humano natural, las primeras tenían un 77,9% de colágeno, un 85% de glucosaminglucano y un 67% de elastina. Asimismo, contenían varias proteínas que naturalmente se encuentran en los músculos. De esta manera, queda de manifiesto la creación de un tejido con las mismas características que el tejido humano natural. Sin embargo, aún se desconoce si se comportarán como el tejido cardiovascular natural, pero es un esperanzador avance.


1. A partir de los antecedentes presentados y de tu propia búsqueda, elabora un diseño experimental que permita la obtención de células madre. ¿Qué ventajas ofrece este tipo de procedimiento a los pacientes con cardiopatías congénitas?

2. 3. ¿Crees posible replicar este procedimiento para la obtención de otros tipos celulares?, ¿cuáles? 4. ¿Qué limitaciones tiene este procedimiento?, ¿cómo se podrían superar? 5. A partir de la situación descrita, elabora un informe. Guíate por la sección Informe de laboratorio.

Biología


El cuidado de nuestros huesos La resorción ósea es llevada a cabo por los osteoclastos, células


de tipo macrófago que literalmente

comen hueso. El osteo-

clasto se forma a partir de células madre hematopoyéticas El hueso es un tejido que está en continuo modelación,

existiendo

otro, resorción

proceso de re-

por un lado formación

ósea y, por

ósea, vale decir, la degradación

parcial del

pluripotenciales

presentes en la médula ósea. Las hormonas

sexuales femeninas, fundamentalmente

los estrógenos, inhiben

la actividad de los osteoclastos induciendo

su apoptosis, de

hueso. Los osteoblastos se producen a partir de células madre

esta manera se mantiene regulada la actividad de resorción. En

pluripotenciales

condiciones normales, hay un equilibrio entre la cantidad de

mesenquimáticas

que se encuentran

en el

hueso durante toda la vida del individuo. Así, la diferenciación

hueso absorbido y la cantidad de hueso que se forma, man-

ósea ocurre antes y después del nacimiento,

teniéndose así la integridad del tejido óseo.

pero también

durante la vida juvenil y adulta de un individuo. La fijación del calcio en la matriz ósea depende de la presenA lo largo de su proceso de diferenciación

las células madre

cia de vitamina D, que es modificada en las células del hígado

mesenquimáticas de la médula ósea reciben distintas señales

para transformarla

extracelulares

tizada por las células presentes en la piel y su producción

que permiten

su transformación

en un pre-

en su forma activa. La vitamina D es sintees

osteoblasto. En esta etapa de diferenciación, estas células con-

activada por la luz solar. Por esta razón es importante una ex-

tinúan

posición diaria al sol entre 10 y15 minutos tres veces por se-

proliferando,

gracias a señales de crecimiento

y

hormonales; asimismo, se activa la información hereditaria que

mana, o una vez a la semana por 30 minutos. Sin embargo,

determina el desarrollo de osteocitos, mediante la síntesis de

esto no asegura una adecuada formación

proteínas como la osteocalcina, la osteonectina

y la osteo-

por cuanto su producción puede ser variable de una persona a

pontina, que son secretadas al espacio extracelular para for-

otra, dependiendo de la edad o del tipo de piel. Así, personas

mar una matriz extracelular madura. En un estadio intermedio

de mayor edad presentan una disminución de esta molécula

del osteocito, la osteocalcina que se encuentra en el espacio

debido al envejecimiento

extracelular comienza a unir calcio y fosfato con el fin de com-

lado, las personas de raza afroamericana

pletar la mineralización de la matriz extracelular, es decir, la

piel más oscura debido a la mayor presencia de pigmentos, lo

formación

que dificulta el paso de la radiación solar y, consecuentemente,

de hueso.

una menor producción En el proceso de diferenciación ósea participa otra molécula

de la vitamina D,

de las células de la piel. Por otro y latina presentan

de vitamina D en comparación

con

personas de raza caucásica o de piel clara.

fundamental: la vitamina D. Esta es una molécula liposoluble, que atraviesa la membrana plasmática y se une a la proteína

La etapa juvenil es uno de los principales períodos para la for-

receptora

mación ósea del individuo. Huesos bien constituidos con una

de esta vitamina ubicada en el citoplasma del os-

teoblasto. Luego, el complejo vitamina-receptor

se dirige al nú-

adecuada densidad mineral ósea (BMD) disminuyen la posi-

cleo para estimular la síntesis de osteocalcina en mayor cantidad

bilidad de contraer enfermedades tales como raquitismo

y en forma eficiente. Esta señal permite que el osteoblasto

los niños y osteoporosis

pueda mineralizar la matriz extracelular y formar hueso mine-

yendo de esta manera los riesgos de fracturas.

ralizado. Por otra parte, el proceso de formación sos también es estimulado movimiento

de los hue-

por el ejercicio físico, ya que el

mecánico provoca la diferenciación ósea.


I

122

I

en

en los adultos mayores, disminu-


El raquitismo infantil se caracteriza por una deficiente mineralización de la matriz ósea. Esto resulta en huesos más blandos que se deforman y curvan por el peso del cuerpo. Produce dolor en las extremidades, columna y pelvis. La osteomalacia es el equivalente del raquitismo en los adultos. Por recomendación del Ministerio de Salud, un niño de entre 9-18 años debe consumir diariamente 5 mg 0200 UI de vitamina D y de 1.300 mg de calcio. Esta vitamina también puede ser obtenida a partir de distintos alimentos, tales como derivados lácteos, pescados, ostras, camarones, hígado de res, aceite de hígado de bacalao, huevo, entre otros. Fuentes de calcio son la leche y sus derivados, salmón, vegetales como coliflor, espinaca, soya, avena, porotos, entre otros. También, hay algunos alimentos enriquecidos o suplementos vitamínicos ricos en calcio y vitamina D, como algunos cereales, pan, leche y multivitamínicos. Tabla N° 3: Alimentos que proporcionan Alimentos Leche descremada

Leche semidescremada

y ogur de frutas semidescremado

(1 taza).

(170 g). (170 g).

Queso mozzarella descremado (28 g).

500

200

4-8

800

200

9 - 18

1.300

200

19 - 49

1.000 - 1.500

400 - 800

50-70

1.500

400 - 800

71 o más

1.500

600 - 800

Mujeres embarazadas o en período de lactancia.

1.000 - 1.300

400

Fuente: www.iom.edu

Tabla N° 4: Alimentos que proporcionan

Aporte en vitamina D (mg)

Salmón cocido (100 g).

306

290

Ostras cocidas (100 g).

272

300

Sardinas envasadas en aceite (50 g).

250

Atún envasado (100 g).

200

Camarones cocidos (100 g).

149

Leche fortificada con vitamina D (1 taza).

100

250 207 181

Miel (1 cucharada).

172

Espinaca cocida (1/2 taza)

146

Coliflor cocida (1/2 taza).

90

Pan negro (1 rebanada).

30

Queso crema descremado (1 cucharada).

Alimentos

vitamina D

306

Salmón (85 g).


1-3

Aporte en calcio (mg) (1 taza).

y ogur descremado

calcio

Tabla N° 2: Cantidades recomendadas para el consumo diario de calcio y vitamina D según edad y condición

28

Yogur semidescremado fortificado con vitamina D (1 taza).

80

Margarina fortificada con vitamina D (1 cucharada).

60

Queso parmesano (100 g).

28

Huevo (1 unidad).

26


1123

I

Biología

La mayor densidad mineral ósea se alcanza alrededor de los 30-35 años, luego de los cuales se observa una gradual y progresiva pérdida. Esta pérdida se acentúa con la edad, debido al envejecimiento que experimentan los tejidos, incluidas las células de la piel y las hepáticas que modifican la vitamina D; también envejecen y mueren más células precursoras óseas. Esto hace disminuir la tasa de diferenciación de células madre a osteoblastos y la formación ósea, lo que se traduce en un desequilibrio entre resorción y formación ósea. Este desequilibrio es más acentuado en las mujeres posmenopáusicas, es decir, en aquellas que por la edad (alrededor de los 45 años) dejan de producir hormonas sexuales, principalmente estrógenos. Así, la disminución de los niveles de estrógenos permite un aumento en el número, sobrevida y actividad de los osteoclastos, acentuando aún más la resorción ósea. El aumento de la actividad de estas células comienza a manifestarse pOt"el incremento de sitios de resorción ósea, dando al hueso un aspecto poroso típicamente observado en personas con osteoporosis.

Gráfico N° 1: Evolución en la densidad mineral ósea según edad y sexo

Densidad mineral ósea máxima ..-..

Mujet"es

rol

E u

Hombres

~

O

L

Rango de riesgo de fractura

al

--~

<11

VI

'o

~ 1...

<11

e

E ""O ~

""O VI

e <11

O

Ganancia de hueso

20

10

I

30

40

50

60

70

80

90

I

Pubertad

Menopausia

Senilidad

Edad (años) Fuente: Jodar, E. "Osteoporosis en el varón. Fisiopatología, prevención y tratamiento". Endocrinol Nutr. 2007, 54. (Adaptación)

Para la prevención y tratamiento de la osteoporosis se disponen en la actualidad de algunos medicamentos derivados más estables de vitamina D y terapias de remplazo hormonal, principalmente aplicado a las mujeres. Sin duda alguna, la primera línea de prevención para el raquitismo, osteomalacia y osteoporosis es el consumo adecuado de calcio y vitamina D a través de una dieta equilibrada y complementada con actividad física.


1124

I


Analizar el problema

Tomar una decisión

A partir de la información entregada, de tu propia búsqueda y de tu reflexión, responde las siguientes preguntas en tu cuaderno.

1.

1.

3.

¿Qué tipos celulares permiten la formación del hueso?, ¿cuáles participan en su resorción? 2. ¿Cuál es la importancia de la vitamina D en la formación de hueso? 3. ¿Qué relación existe entre la producción de vitamina D y la exposición al sol? 4. ¿Cuál es la importancia del calcio para los huesos? 5. ¿Qué proteína es fundamental para la fijación de calcio en los huesos? 6. ¿Qué consecuencias tiene la falta de vitamina D y de calcio en las personas? Explica. 7. Dada la importancia del consumo de calcio y vitamina D, ¿qué recomendaciones le harías a una mujer embarazada y a la mamá de un niño de 2 años? 8. A partir del gráfico, ¿aqué edad comienza a aumentar el riesgo de fracturas en hombres y mujeres? 9. ¿De qué manera se podrían prevenir las enfermedades óseas, desde un punto de vista nutricional? 10. ¿Qué importancia tiene consumir alimentos ricos en calcio y vitamina D en esta etapa de tu vida? Fundamenta.

2.

4.

¿Qué haces para cuidar tus huesos?,¿consumes alimentos que te proporcionen calcio y vitamina D?, ¿cuáles? ¿Realizasalguna actividad física?,¿cuál?,¿cuántas veces a la semana? Elabora una lista de todos los alimentos que consumiste ayer y según los datos de las tablas N° 3 y 4, analiza si ingeriste la cantidad mínima de vitamina D y de calcio que necesitas. Si es necesario, busca información sobre el aporte de vitamina D y calcio de otros alimentos. Si bien tomar sol es necesario para la síntesis de vitamina D, ¿qué precauciones debemos considerar para evitar daños en la piel?

Mi compromiso: •

Utilizando los datos de las tablas de la página 123 y según la edad de los integrantes de tu familia, elabora un listado de la cantidad de calcio y vitamina D que requiere consumir cada uno. Luego, elabora un listado de alimentos que contengan estos dos nutrientes y la cantidad que aportan. Finalmente, propón una dieta o conjunto de alimentos que debe consumir cada integrante de tu familia.

,125,

Biología


Terapias de remplazo celular La terapia de remplazo celular es un nuevo método biomédico para reparar los daños sufridos por un determinado tejido debido a lesiones accidentales o enfermedades degenerativas. Este método consiste en remplazar las células dañadas por nuevas células que cumplan la misma función. En este caso, se utilizan células madre. Las células madre son obtenidas a partir de embriones humanos de pocos días, en estado de blastocisto, es decir, células embrionarias totipotenciales. Los embriones humanos utilizados para la obtención de dichas células corresponden a aquellos obtenidos de la fecundación in vitro y que no fueron implantados en el útero de una madre receptora, abriéndose así la posibilidad de ser utilizados para la investigación con células madre embrionarias. Más allá de los alcances científicos, la utilización de embriones humanos para experimentación pone de manifiesto enormes dilemas éticos en nuestra sociedad. En los últimos años, sin embargo, se ha comenzado a utilizar, como fuente de células madre, una serie de tejidos humanos adultos con capacidad de regeneración, lo cual abre una nueva posibilidad de obtención de estas células para la investigación y uso terapéutico, evitando dilemas éticos. Actualmente, se pueden obtener dos tipos principales de células madre adultas: las hHSC -células madre hematopoyéticas humanas pluripotenciales- obtenidas a partir de la médula ósea o de cordón umbilical, y las células madre mesenquimáticas, obtenidas también de la médula ósea, de la piel y de zonas de depósitos de grasa subcutáneos. La extracción de células madre hematopoyéticas humanas pluripotenciales del cordón umbilical es una de las altemativas de más fácil aplicación, pues al no ser obtenidas a partir de una persona, se evitan los procedimientos invasivos que implican sedación y recuperación, y además, no causan dilemas éticos. La investigación en células madre promete nuevos tratamientos y posibilidades de cura de tejidos y órganos dañados a nivel celular por enfermedades, lesiones o heridas. Por ejemplo, Parkinson y otras enfermedades neurodegenerativas, diabetes,


enfermedades al corazón (infartos), lesiones en la médula espinal y quemaduras, entre otras. En la actualidad existen a lo menos tres empresas en Chile que brindan el servicio de obtención y congelación de células madre obtenidas de cordón umbilical, que corresponden a bancos de células madre privados. Sin embargo, en el año 2007 comenzó a funcionar en Chile el primer banco de células madre público llamado Banco de Vida, iniciativa que se materializó gracias al convenio entre el Departamento de Obstetricia y Ginecología de la Pontificia Universidad Católica de Chile y la Fundación Genomika. Este banco de células madre recibe donaciones de sangre de cordón umbilical, a partir de las que se obtienen células madre para su congelación y almacenamiento. En el futuro, muchas personas en Chile que requieran de células madre para curar alguna enfermedad, podrán acudir a este banco en el que se buscarán las células que sean compatibles con el receptor. Asimismo, las células madre hematopoyéticas humanas han sido utilizadas con éxito para tratar distintas enfermedades, tales como cáncer hematológico, enfermedades inmunológicas, anemias, desórdenes metabólicos, entre otras. Hoy en día, la participación de células madre en procesos regenerativos y sus aplicaciones para la cura de otras enfermedades es tema de activa investigación a nivel mundial. En Chile, un grupo de científicos se encuentra investigando la regeneración tisular, , en el Centro de Investigaciones Oseas, que integra a investigadores de las Facultades de Medicina, Odontología, Ciencias y del INT A de la Universidad de Chile, y a otros de la Facultad de Odontología de la Pontificia Universidad Católica de Chile y de la Facultad de Ciencias de la Universidad Católica de Valparaíso. Realizan estudios sobre la capacidad que tendrían las células madre hHSC para regenerar el tejido óseo en pacientes con osteoporosis y la participación de células madre en la regeneración dental. Se espera que los resultados de estas investigaciones aporten información para el desarrollo de futuras terapias para la regeneración ósea y dental.

1126

I


Lectura científica

Regeneración de tejidos En el año 1998, james Thomson -de la Universidad de Wisconsin- obtuvo por primera vez células madre embrionarias a partir de embriones humanos, fertilizados in vitto y donados para la investigación. Estas células madre mantuvieron su totipotencielided, siendo capaces de formar trofoblasto y distintos tejidos derivados de las tres capas embrionarias. Estos hallazgos fueron de gran trascendencia, ya que abrían la posibilidad de utilizar este tipo de células en el campo de la medicina regenerativa y para el tratamiento de enfermedades humanas. Durante los años 2007 y 2008 en dos estudios preclínicos se utilizaron células madre embrionarias humanas para la regeneración de cardiomiocitos dañados en corazón infartado de rata y de ratones con distrofia muscular. Los resultados revelaron mejorías en la función cardiaca y muscular luego del trasplante de dichas células. En enero de 2009, en Estados Unidos se autorizó un estudio clínico con células madre embrionarias en un grupo de pacientes con lesiones graves en la médula espinal. El desarrollo de métodos para la obtención de células madre de tejidos humanos adultos con capacidad de regeneración fue crucial para llevar adelante estudios de reparación de tejidos dañados, ya que la obtención y utilización de este tipo de células no presenta las controversias y dilemas éticos de aquellas extraídas de embriones humanos. Los estudios preclínicos más recientes realizados con células madre adultas exploraron la regeneración de células neuronales y musculares dañadas, utilizando modelos animales con distrofia y atrofia. Sorprendentemente, hasta enero de 2007, ya se habían aprobado la realización de 1.238 ensayos clínicos para la reparación de tejidos dañados con células madre adultas en humanos con infarto al miocardio, linfoma y tumores testiculares. El análisis de los experimentos de regeneración mediante células madre adultas en seres humanos, realizados entre los años 1997-2007, mostró modestos beneficios en la recuperación de la función cardiaca de corazones infartados, con mejores resultados en la enfermedad coronaria crónica. En un estudio

reciente se lograron resultados más esperanzadores para el tratamiento de la esclerosis múltiple, logrando disminuir la incapacidad neurológica. En los años 2006 y 2007, el científico japonés Yamanaka, de la Universidad de Kyoto, logró por primera vez reprogramar células adultas diferenciadas de piel de ratón y humanas, y convertirlas en una célula madre totipotencial inducida (iPS), es decir, revertir todo el proceso de diferenciación celular, induciendo células adultas especializadas a un estado inicial embrionario de pluripotencialidad. Para confirmar estos resultados, Yarnanaka y su equipo lograron inyectar las células iPS de ratón en un blastocisto de ratón generando un nuevo ratón. Estos hallazgos fueron confirmados por varios investigadores norteamericanos. Así, algunas de las experiencias preclínicas muestran que las iPS se pueden diferenciar en neuronas cuando son introducidas en el cerebro de fetos de ratón. Cuando las neuronas se transplantan al cerebro de ratas con Parkinson, se logra una mejoría con disminución de los síntomas clínicos. Utilizando iPS se ha logrado una mejoría en ratones con anemia y hemofilia. A fines del 2008, ya se había logrado obtener iPS a partir de pacientes con esclerosis, distrofia, Parkinson, diabetes y con algunos síndromes, como el de Down. Esto abre nuevas posibilidades para la implementación de terapias de regeneración tisular. Fuentes: Burt, R., y otros. (2008 y 2009); Cerletti, M., (2008); Corti, S., y otros. (2008); Darabi, R., y otros. (2008); Laflamme, M., y otros. (2007); Takahashi, K., y otros (2006 y 2007); Thomson, J., y otros. (1998).

Comprendo lo que leo 1. 2. 3.

¿Qué ventajas y desventajas presenta la investigación con células madre embrionarias de humanos? ¿Qué enfermedades se podrían curar mediante el tratamiento con células madre adultas? ¿Qué posibilidades efectivas de recuperación existen a través del tratamiento con células iPS?

1127

I

Biología

Síntesis •

Mediante la fusión del ovocito y del espermatozoide

se da

3.

origen al cigoto, el que luego de múltiples divisiones gene-

Determinación

celular: las células que formarán

tejidos u órganos se comprometen

los

en el tipo de célula

,

ra un grupo de células madre. Se denomina diferenciación

que generaran.

celular al proceso en el que las células madre originan los

4.

distintos tejidos de un organismo adulto. (Págs. 102 y 103)

Diferenciación

celular: proceso a través del cual una

célula adquiere una forma y una función determinada para un tejido u órgano.

•

La formación de órganos y tejidos ocurre a través de cinco

S.

procesos celulares básicos:

1.

Muerte celular programada

(apoptosis): consiste en

la muerte controlada de células en distintos órganos y tejidos, necesaria para la formación y el normal fun-

Proliferación celular: luego de la formación del cigoto las células se dividen, permitiendo

el crecimiento

cionamiento

del

de ellos. (Págs. 102 y 103)

embrión. 2.

Migración de células: desplazamiento de células hacia la región en que son requeridas. Este movimiento permite la formación

de las tres capas embrionarias

o

germinativas.

•

Después de la formación

del cigoto

se da inicio al desarrollo embrionario, proceso que termina

con la forma-

ción completa de un nuevo individuo. (Págs. 104 Y 105)

Ectodermo

A partir del blastocisto se originan las tres capas embrionarias: ectodermo, mesodermo

1

y endodermo.

Endodermo

•

Durante la tercera y cuarta semana de desarrollo embrio-

Formación del sistema respiratorio:

nario las células de las capas embrionarias proliferan y cam-

de desarrollo se forman las yemas bronquiales, que luego dan

bian su forma. (Págs. 106- 109)

origen a los primordios

bronquiales. Estos se ramifican hasta

formar bronquios y bronquiolos. Formación

del cerebro y médula espinal: las células del ecto-

dermo dan origen al tubo neural, sus paredes están formadas por el neuroepitelio,

en los extremos

de los bronquiolos

cuyas células posteriormente

del sistema digestivo: ocurre a través de un comdonde se originan además algunas glándulas

anexas (hígado y páncreas). En el segundo mes, las células del

intervienen células del meso-

Se forma el dermatoma

y el miotoma,

que dan origen a la piel y músculos, respectivamente. Luego, las células mesenquimáticas dan origen a los condriocitos

y a los

osteoblastos formadores de cartílago y hueso, respectivamente.

epitelio intestinal se diferencian dando origen, entre otras células, a los enterocitos.


se forman los alvéolos,

se diferencian en neumocitos.

Formación de las extremidades: dermo y ectodermo.

plejo proceso

Durante la semana veintiséis,

cuyas células originan los distintos tipos

de neuronas. Formación

durante la cuarta semana

128

UNIDAD 3 I Especialización celular Formación del sistema circulatorio y sangre: ocurre en la tercera semana de desarrollo a partir de los hemangioblastos, que se transforman en dos tipos celulares: células endoteliales y células madre hematopoyéticas. Estas últimas dan origen a dos tipos celulares: células madre linfoide y mieloide, de las que se originan todas las células presentes en la sangre.

Enterocitos.

= ---.:-----

Formación de la piel: durante el primer mes de desarrollo la epidermis se forma a partir del ectodermo, dando origen a células peridérmicas que posteriormente se diferencian en tres capas. De la capa basal se diferencia un grupo de células que da origen a los que forman la piel. •

•

Miocitos.

En la molécula de ADN se encuentra la información genética necesaria para el desarrollo de un nuevo individuo. El material genético es fundamental para la formación de los diversos tipos celulares que constituyen los diferentes tejidos y órganos. Pese a que todas las células contienen la totalidad de la información hereditaria, en una célula especializada solo se expresará la información que le otorga las características y funciones particulares. (Pág. 110)

Cardiomiocitos.

Los tejidos son agrupaciones de células especializadas con una función común. Algunos tipos celulares presentes en el cuerpo humano son: (Págs. 114- 119)

Eritrocitos.

Neuronas.

Queratinocitos. Células exocrinas del páncreas.

•

Osteoblastos.

129

Algunos tejidos pueden renovar la pobalción celular que los constituyen, para esto presentan un grupo de células madre capaces de generar nuevas células diferenciadas sustituyendo a las células muertas. (Pág. 120)

Bíología

Evaluación final

1 Observa

a.

el esquema del desarrollo embrionario

y responde:

Identifica los siguientes estados y procesos del desarrollo embrionario blastocisto - cigoto - gastrulación - mórula - ectodermo

b. c.

2

¿Qué diferencias existen entre mórula

en el esquema:

- mesodermo

- endodermo

y blástula?

¿En qué consiste la gastrulación?

Explica con tus palabras los siguientes conceptos y relaciónalos con el origen y desarrollo de un nuevo individuo. Puedes apoyarte usando un esquema.

a. b. c. d.

3

- proliferación.

Proliferación celular. Migración celular. Diferenciación. Apoptosis.

Relaciona los órganos de la columna con las capas embrionarias donde se originan: r

,

Organos

Capa embrionaria

Corazón

Ectodermo

Médula espinal

Mesoderno

Columna vertebral

Endodermo

Estómago

Ojo


11301


4

Una mujer con tres semanas de gestación se realiza una radiografía. Señala qué consecuencias podría tener para el embrión en desarrollo la exposición a rayos X, si estos incidieran en las siguientes células:

a. neuroepitelio. b. hemangioblastos. c. células peridérmicas.

5

Compara, desde el punto de vista de la información genética contenida en el ADN, las siguientes células:

a. célula totipotencial - célula diferenciada. b. hepatocitos - enterocitos. c. células miógenas - fibra muscular.

6

Observa las imágenes de células y a partir de ellas responde las siguientes preguntas:

a. b. c. d.

Epitelio intestinal

Fibras musculares estriadas

Eritrocitos

Neurona

¿Cómo es la forma de estas células? Descríbelas. ¿Cuál es la función de cada una? ¿De qué tejido forman parte? ¿Cómo se evidencia, en la organización del citoplasma, la especialización de cada tipo celular?

11311

Biología

7

Responde:

a. b.

¿Qué diferencias existen entre las células madre embrionarias y las células madre adultas? Explica con un ejemplo. Si el tiempo de vida promedio de eritrocitos

8

de los glóbulos rojos es 120 días, ¿cómo es posible que en una persona sana, la cantidad

permanezca constante?

La secuencia representa

el desarrollo

de un ser humano desde la fecundación

hasta la adolescencia.

Fecundación

a.

Explica los procesos celulares que ocurren en el desarrollo humano usando los siguientes conceptos: diferenciación celular, tejidos, células madre, células diferenciadas.

b.

Señala en qué períodos del desarrollo humano representados en el esquema ocurren los siguientes procesos: proliferación celular, migración celular, diferenciación yapoptosis.

c.

Si un adulto se fractura la clavícula, ¿qué procesos celulares participan en su reparación?, ¿qué tipo de células intervienen?


11321


Reviso •

Revisa el Solucionario y anota tu puntaje en el cuadro.

DESCRIPTOR: Reconocer y explicar los procesos que ocurren durante el desarrollo embrionario y sus características. Relacionar los tejidos y órganos del cuerpo humano con su origen embrionario. Identificar y comparar los cambios celulares que permiten la especialización de distintos tipos celulares. Explicar cómo el proceso de diferenciación celular permite la reparación y renovación de tejidos. Aplicar los conceptos de diferenciación y especialización celular en el desarrollo humano.

PREGUNTA

PUNTAJE

¿QUÉ DEBES HACER?

1y2

Si obtienes menos de 10 puntos, realiza la actividad 1. Si obtienes más de 1O puntos, realiza la actividad 2.

3y4


5y6


7


8


Actividades Actividad 1. Elabora una línea de tiempo de los procesos que ocurren durante el desarrollo embrionario. Actividad 2. Investiga sobre el proceso de apoptosis. Actividad 3. Elabora un esquema de las diferentes capas embrionarias y de los distintos tejidos que originan. Actividad 4. Averigua: ¿por qué una mujer embarazada no debería exponerse a agentes nocivos, como los rayos X?, ¿y por qué debe cuidar su alimentación? Actividad S. Redacta una ficha resumen para cada tipo celular estudiado. Actividad 6. Investiga las características de otros tipos celulares y cómo se relacionan con su función. Actividad 7. Compara las células madre embrionarias y las células madre adultas. Actividad 8. Investiga acerca de las posibles aplicaciones de la utilización de células madre en el tratamiento

de enfermedades.

Actividad 9. Crea un organizador gráfico que reúna los principales conceptos desarrollados en la unidad. Actividad 10. A partir de los conceptos estudiados en la unidad, explica la metamorfosis de una rana.

1133

I

Biología

u En esta sección te invitamos a resolver preguntas similares a las de la PSU, cuyas claves están en el Solucionario. revisa el análisis de una de ellas.

Para comenzar,


1



En el desarrollo embrionario, ¿cuál de los siguientes procesos ocurren en la etapa de gastrulación? A. Se forma un blastocisto. B. Se desarrollan los tejidos definitivos de los sistemas del cuerpo humano. C. Las células se encuentran completamente diferenciadas. D. Se establecen tres capas de células: ectodermo, mesodermo y endodermo. E. Ninguna de las anteriores.

Corrección: Recordemos que la gastrulación es el proceso de transformación del blastocito, por lo tanto, se descarta la altemativa A. Esta etapa comienza durante la implantación y termina alrededor de la tercera semana de desarrollo, por lo tanto, las alternativas C y B son incorrectas. De acuerdo a la reflexión anterior, en la gastrulación se establecen las tres capas germinativas, en consecuencia, la alternativa correcta es la D.

2

De las siguientes características madre, ¿cuáles son correctas?

3

referidas a las células

¿En qué situación una célula deja de ser pluripotencial? A.

Cuando no realiza sus funciones y procesos específicos. B. Luego de la etapa de gastrulación. C. Al constituir tejidos claramente especializados. D. Al ser incapaz de dividirse por mitosis. E. Cuando presenta la capacidad de migrar a otras ubicaciones.

1. Son capaces de diferenciarse en diversos tejidos. 11. Solo están presentes en las etapas del desarrollo embrionario. 111. Permiten el crecimiento y la regeneración de tejidos. IV. Se relacionan con el proceso de apoptosis.

A.

I Y II B. I Y III C. IIY III D. 1,IIIY IV E. 11,IIIY IV


4

¿Cuál de las siguientes relaciones entre la capa germinativa y la estructura que forma no es correcta? A. B. C. D. E.

134

Ectodermo Endodermo Mesodermo Ectodermo Endodermo

- uñas. - hígado. - tejido muscular. - médula espinal. - huesos.


5

8

¿Qué aspectos tienen en común los procesos de

¿Encuál de las siguientes alternativas la relación entre el tipo celular y el órgano que constituyen es incorrecta?

formación embrionaria de pulmones, hígado y extremidades?

A.

Neurona - cerebro.

B.

Queratinocitos

11. Migración de células.

C.

Miocito - músculo.

111. Presencia de células pluripotenciales.

D.

Osteoblastos - huesos.

E.

Hepatocito

1.

Proliferación de células.

- piel.

- intestino.

El tipo celular que se caracteriza por poseer una gran cantidad de mitocondrias

6

corresponde

A.

osteoblastos.

B.

cardiomiocito.

¿Qué relación existe entre el material genético

C.

eritrocitos.

y el proceso de diferenciación celular?

D.

célula excretora del páncreas.

E.

neurona.

A.

A medida que una célula se diferencia, el ADN

a:

se

mantiene, expresando solo algunos genes. B.

Las secciones del ADN determinados

C. D. E.

El ADN

10

que no se expresan en

tipos celulares se eliminan.

se reproduce

En un individuo

adulto, ¿qué órganos poseen células

madre con capacidad de diferenciarse?

más rápido en las zonas en

que se diferencian nuevas células.

1.

Piel.

Cuando una célula se diferencia se forman nuevos

11. Cerebro.

genes específicos para ese tipo celular.

111. Médula ósea roja.

Los genes relacionados con ciertos tipos de células

IV. Huesos.

migran a las zonas donde se formarán.

A.

7

B. Sus funciones principales son distribuir sustancias dentro

C. D.

de la célula, empaquetar las proteínas y producir lisosomas.

E.

El aparato de Golgi es un organelo citoplasmático.

Considerando

I Y II II Y IV 1, II y III 1, III y IV 1, 11,III Y IV

lo anterior, ¿qué tipo celular posee un

aparato de Golgi más desarrollado?

A.

Queratinocito.

B.

Eritrocito.

C. Neurona. D. Miocito.

E.

Enterocito.

135

Biología

Al cabo de unas horas ....

I

I

¡

1

-

_-..,,=


1136

Observa las imágenes y responde.

a. b. c. d. e. f. g.

h. •

l.

• Conocerás

¿Qué materiales se utilizaron en el experimento? ¿Cuál será la hipótesis que se está poniendo a prueba? ¿Qué resultados puedes observar? ¿Cómo influye la luz en este fenómeno? ¿Qué quiere decir que un organismo sea autótrofo? ¿Qué organismos autótrofos conoces? ¿Qué rol tienen los organismos autótrofos en los ecosistemas? ¿Qué estructuras utilizan los organismos autótrofos para incorporar nutrientes? ¿Cómo circulan estos nutrientes en los ecosistemas?

y comprenderás:

cómo circula la energía en la naturaleza; las adaptaciones que presentan las plantas, que les permiten realizar el proceso de fotosíntesis; los eventos que ocurren en las etapas del proceso fotosintético; los mecanismos de incorporación de energía que presentan los heterótrofos, en relación con los autótrofos; los factores que regulan la actividad fotosintética.

-

,I

• Desarrollarás

habilidades para:

1I _'. realizar un procedimiento de experimentación científica; obtener información y analizar tablas y gráficos. • Desarrollarás

actitudes para:

reconocer la importancia del cuidado ambiental en el normal desarrollo de la fotosíntesis; valorar el conocimiento científico en la comprensión de los procesos naturales.

f

I11~$11 J

I• ._..

113711

J

•

e==;<.

Biología

Evaluación diagnóstica

1 Escribe el número

del término de la columna A frente a su definición en la columna B.

Columna A

Columna B

1.

Fotón.

Biomolécula orgánica sintetizada mediante la fotosíntesis.

2.

Cloroplasto.

Pigmento que absorbe luz y da color a las plantas.

3.

Oxígeno. Organelo donde se realiza la fotosíntesis.

4.

2 3

Clorofila.

5.

Glucosa.

6.

C02

Unidad de energía lumínica. Gas producido durante la fotosíntesis.

Escribe en tu cuaderno en qué estructuras de las plantas se lleva a cabo la fotosíntesis, los elementos necesarios para que ocurra este proceso y sus productos.

Interpreta el gráfico y responde en tu cuaderno las preguntas que se proponen a continuación. Gráfico N° 1: Efecto de la temperatura

en la fotosíntesis

450 400

--

Líquenes alpinos.

--

Plantas de ambientes templados.

--

Plantas tropicales .

350 o

...u

300

Vl

250

...e ...O .2 ...Oe '

E

200 150

""C

e
100

c::r:::

50 40

O

60

-50 Temperatura (OC)

Fuente: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/

a. ¿Cuál es la temperatura óptima de cada organismo para realizar fotosíntesis? b. ¿En qué rangos de temperatura se observa rendimiento fotosintético en cada uno de los ejemplos? c. ¿Cuál de los organismos representados en el gráfico sobreviviría en Punta Arenas o en la Antártica? Santillana Bicentenario

11381

UNIDAD 4 I Fotosíntesis

4

Descubrir cómo los vegetales obtienen los nutrientes ha sido una pregunta que se han hecho muchos científicos. Uno de ellos, Joseph Priestley, realizó el siguiente experimento:

Frente a una ventana, cubrió

Repitió el experimento

con un recipiente una vela

en vez de un ratón, puso una

vela y puso a un nuevo ratón

encendida. Luego que la vela

planta en el recipiente. Esta

junto a la planta. Sobrevivieron

se apagó, introdujo

sobrevivió y la vela permaneció

ambos y la vela permaneció

encendida.

prendida hasta que se consumió

bajo el

recipiente a un ratón que

pero,

pronto murió.

En tu cuaderno,

a. b. c.

Luego, prendió nuevamente la

por completo.

responde las siguientes preguntas.

¿Cuál fue la hipótesis de Priestley? ¿Por qué el segundo ratón sobrevivió? Fundamenta tu respuesta. Después de realizar este experimento,

¿qué habrá concluido Priestley?

Reviso----------------------------------------------------•


y luego escribe tu puntaje en el cuadro.

DESCRIPTOR: Reconocer conceptos importantes

PREGUNTA relacionados con la fotosíntesis.

1y2

Interpretar información entregada en gráficos.

3

Identificar un problema de investigación y elaborar una hipótesis de trabajo.

4

1139

I

PUNTAJE

Biología

1. Flujo de energía en la naturaleza Desde un punto de vista general, todo requiere energía. Por ejemplo, un automóvil utiliza la energía de la gasolina para moverse, una lámpara requiere de energía eléctrica para encender y en una estufa se emplea la energía de la leña, para generar calor. Todos los seres vivos requieren energía para llevar a cabo sus procesos y actividades vitales, como respirar, crecer, moverse y reproducirse.

Pero ¿qué es la

energía?

La energía se define como la capacidad de efectuar trabajo, es decir, la capacidad de los cuerpos de realizar una fuerza provocando

desplazamiento, como levantar un ob-

jeto o caminar. Existen básicamente dos tipos de energía: •

Energía cinética,

asociada al movimiento

de los cuerpos; por ejemplo, en una

rnaratón el competidor que se desplaza a una mayor velocidad presenta mayor en~

. ,.

ergra emética. •

Energía potencial, almacenada en los cuerpos; por ejemplo, la energía contenida en los músculos de un depredador

que está a punto de saltar sobre su presa.

La gran mayoría de los seres vivos obtienen la energía química (potencial) a través de la ingesta de alimentos. Los animales carnívoros y los carroñeros obtienen energía al alimentarse de otros animales, mientras que los herbívoros lo hacen al alimentarse de las diferentes estructuras de las plantas, como hojas, frutos o raíces. Todos estos seres vivos, que no elaboran sus propios nutrientes, se conocen como organismos heterótrofos

(hetero:

distinto;

troros:

alimento)

o consumidores,

y necesariamente

deben

obtener la energía por medio de la alimentación,

Las serpientes y los cabal/os son ejemplos de animales heterótrofos.

Por su parte, los organismos autótrofos

(auto:

troto»: alimento) son aquenecesarios y así obtener energía

por sí mismo;

llos que tienen la capacidad de sintetizar los nutrientes

para sus procesos vitales, a partir de una fuente de energía externa. También se les conoce como productores,

porque son los únicos organismos que pueden incorporar

energía a los diferentes ecosistemas, terrestres

o acuáticos,

y entregarla a los demás

seres vivos a través de las cadenas y tramas tróficas. La incorporación

y transformación

de energía que llevan a cabo los

autótrofos puede ocurrir por medio de dos diferentes procesos: la quimiosíntesis y la fotosíntesis, La quimiosíntesis

es realizada por bacterias que viven en el fondo

de los océanos, donde quimiosintéticas otros

no llega la luz del Sol. Estas bacterias

utilizan como fuente de energía los minerales y

compuestos

abundantes

como fuentes hidrotermales.

en estos ambientes,

conocidos

Esta particular forma de incorporación

de energía permite la mantención y supervivencia de un gran número de organismos que habitan los ecosistemas hidrotermales

del fondo

marino y que no se encuentran en ningún otro lugar del planeta,

Bacteria quimioautótrofa. Santillana Bicentenario

11401


La fotosíntesis es realizada por las plantas verdes, las algas y las cianobacterias. En este proceso, se utiliza la luz del Sol como fuente de energía para sintetizar nutrientes. La fotosíntesis es la principal fuente de incorporación de energía al planeta y son muchos los ecosistemas, terrestres y acuáticos, que dependen directa o indirectamente de esta forma de incorporación de energía.

Ingresael código MB1141 para conocer más sobre los ecosistemas quimiosintéticosde las profundidades del océano. Elaborafichascon la informaciónque ahí aparece.

Una vez que los productores quimioautótrofos o fotoautótrofos han incorporado la energía, desde fuentes minerales o de la luz solar, respectivamente, esta queda disponible para el resto de los seres vivos (heterótrofos). La energía es propagada a través de las cadenas y tramas tróficas hacia los consumidores herbívoros, carnívoros y finalmente a los detritívoros u organismos descomponedores. En este proceso, que se conoce como flujo de energía, la cantidad de energía disponible va disminuyendo de un nivel a otro y parte de ella es difundida al ambiente en forma de calor.

Calor

Productor

Calor

Herbívoro

Calor

Calor

Carnívoro

Descomponedor

•

1.

Averigua a qué tipo de energía (cinética o potencial), corresponden alimentos.

la luz, el calor y la energía química contenida

2.

Investiga las principales características de los procesos autotróficos y realiza un cuadro comparativo de acuerdo a:

en los

fuente de energía; materias inorgánicas utilizadas; ejemplos de autótrofos; características del ecosistema en que habitan los organismos que las realizan. 3.

Desde el punto de vista energético, ¿por qué un ecosistema siempre podrá mantener mayor cantidad de herbívoros que de carnívoros? Explica. Biología

2. La fotosíntesis: atrapando la energía del Sol El proceso fotosintético

realizado por los productores

utiliza la luz del Sol como fuente

de energía. Luego de una serie de reacciones químicas que ocurren en estructuras especializadas de sus células, la energía solar o lumínica es transformada

y almacenada

como energía química en moléculas orgánicas. Parte de esta energía es utilizada por los mismos productores

para su desarrollo y es incorporada por los consumidores a través

de la alimentación. La energía lumínica es absorbida por un pigmento verde llamado clorofila. mento fotorreceptor

se encuentra principalmente

Este pig-

en las hojas y, en menor grado, en

los tallos verdes, y le otorga el color característico a las plantas. Las hojas varían su aspecto de acuerdo al tipo de ecosistema en que habitan, pero, en general, la mayoría son delgadas y presentan gran superficie, para así captar mayor energía solar. Las capas superior e inferior de la hoja están formadas por la epidermis, una capa de células transparentes que dejan pasar la luz y que, a su vez, está cubierta por una cutícula cerosa que impide que la hoja pierda su agua por evaporación y transpiración.

Cutícula Haces vasculares

Epidermis superior

Mesófilo

Epidermis inferior


Estoma


Unas estructuras fundamentales para la fotosíntesis son los estomas, pequeñas aberturas que se encuentran en la superficie inferior de las hojas (envés). Estos poros permiten y regulan el intercambio de gases con la atmósfera y la pérdida de agua por parte de la planta. Los estomas, en general, se abren en presencia de luz y se cierran en la oscuridad. La zona intermedia de la hoja está formada por varias capas de células que forman el mesófilo. Distribuidos entre las células del mesófilo se encuentran los haces vasculares, largos tubos que recorren las hojas, tallos y raíces de la planta. Estos se encuentran separados en dos conjuntos: el xilema, encargado del transporte y suministro de agua y sales minerales, cuya mezcla se conoce como savia cruda y se mueve desde las raíces a las hojas de la planta, y el floema, por el que se transporta la glucosa y otras moléculas orgánicas que forman la savia elaborada, desde las hojas hasta el tallo y las raíces, donde se almacenan. Como en todas las células vegetales, pero en mayor cantidad al interior de las células del mesófilo, se encuentran los cloroplastos, organelos en los que se lleva a cabo la fotosíntesis. Los cloroplastos están formados por una doble membrana externa y un espacio interior llamado estroma. Dentro del estroma se encuentran una serie de sacos membranosos con forma de monedas, los tilacoides, los cuales se apilan formando las granas. Membrana extema Membrana interna

Núcleo

Tilacoide estromático

Tilacoide

Cloroplasto .----..l~t-!f- ---

Vacuola Estroma

Célula vegetal.

Biología

3. El proceso fotosintético La clorofilatiene dos máximosde absorción de luz,uno en el entomo de la luzazul(400500 nm de longitud de onda) y otro en la zonade laluzrojadel espectro(600-700nm). Sin embargo, la parte media del espectro, correspondientea laluzverde (500-600 nrn), es reflejadapor este pigmento, provocando el color característico de las plantas. Los carotenoides absorben la luz azul y verde (450-550 nm) y reflejanla luzamarillapálida, anaranjaday rojo oscuro, y las ficocianinas absorbenlaluzverde y amarilla(550-650nm) y reflejan la luz azul y rojo púrpura.

La fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos, específicamente en las membranas de los tilacoides, donde se encuentran los diferentes pigmentos que capturan la energía lumínica, principalmente clorofila y, en menor proporción, carotenoides, ficocianinas y xantofilas. Además, presentan diferentes lípidos, proteínas y enzimas que participan en el proceso. Durante la fotosíntesis, se combinan moléculas inorgánicas simples, como agua (H20) y dióxido de carbono (C02) , para formar moléculas orgánicas complejas, como la glucosa (C6H 1206), liberando oxígeno (02) como elemento de residuo. Los estomas de las hojas permiten, con su apertura y cierre, el intercambio gaseoso: la salida de oxígeno y la entrada de dióxido de carbono a la planta.

Ecuación química global de la fotosíntesis

Energía del Sol

Dióxido de carbono 6 C02

+ agua -----+ 6 H20

Moléculas inorgánicas

glucosa + oxígeno C6H1206 + 602 I I I Molécula orgánica ...

[ Separación de pigmentos fotosintéticos Objetivo

•

Separar los diferentes pigmentos que participan en la fotosíntesis, mediante la técnica de cromatografía en papel.

Problema de investigación

•

¿Qué pigmentos fotosintéticos

es posible identificar en las hojas de espinaca?

Los organismos autótrofos presentan diferentes pigmentos para realizar el proceso fotosintético. Para observar estos pigmentos en las hojas de espinaca, estas deben lavarse bien y se les debe sacar las nervaduras. Luego, al machacar las hojas en un mortero, se obtiene un jugo espeso de color verde oscuro, del que se pone una gota en una tira de papel filtro terminada en punta, en un lugar cercano al extremo de la punta. Al poner en contacto esta última con un poco de alcoholo acetona, dentro de un tubo de ensayo, y esperar algunos minutos, es posible observar la separación, en el papel filtro, de los pigmentos fotosintéticos que han ido ascendiendo, separándose según su adsorción. Santillana Bicentenario

,144,


El proceso fotosintético involucra un conjunto de reacciones químicas, catalizadas por diferentes enzimas, que se llevan a cabo en distintas partes del cloroplasto. Luego de estudiar estas reacciones, se ha determinado que hay algunas que requieren directamente de la presencia de luz solar y otras que no, aunque ambos tipos ocurren simultáneamente en el día. De acuerdo a lo anterior, se ha dividido el proceso en dos etapas o fases.

Fase dependiente de la luz o fotoquímica. Los pigmentos fotosintéticos atrapan la energía de la luz solar y la transforman en energía química como ATP (adenosín trifosfato), molécula portadora de energía, y NADPH (nicotinamida adenina dinucleotido fostato), coenzima utilizada en la fijación del C02. En esta etapa se libera oxígeno.

La luz solar varía en calidad yen intensidad segúnla latitud del lugar,lasestacionesdel año, la hora del díay el tiempo meteorológico. Incluso,los propios organismosalteran la cantidad y calidadde la luz: por ejemplo, un bosque maduro puede reducir la cantidad total de luz que llegaal suelo hasta un 2% del total, ya que lascopas de los árboles absorben un 79% de la luz, lascapasmedias un 7%, las capasinferiores otro 2% y el 10% restante es reflejado.

Fase independiente de la luz o biosintética. Ocurre tanto de día como de noche, pues no depende de la energía lumínica. Las enzimas del estroma utilizan la energía química del A TP Y del NADPH, formados en la etapa fotoquímica, para la fijación del dióxido de carbono, es decir, la incorporación inicial del carbono del C02 en compuestos orgánicos, y de esta forma sintetizar glucosa y otras moléculas orgánicas.

Nota. La gota de jugo de espinaca en el papel filtro debe ser muy concentrada. Para esto, resulta útil poner una gota, esperar que seque, y poner otra encima. Este procedimiento se debe repetir varias veces. •

Para finalizar, escribe un informe de la actividad realizada. Puedes guiarte por la sección Informe de laboratorio.

Biología

4. Etapas de la fotosíntesis Fasedependiente de la luz o fotoquúruca Esta fase se realiza en las membranas de los tilacoides, específicamente en un conjunto de proteínas que forman los fotosistemas, constituidos por dos partes: •

Complejo recolector de luz. También llamado "antena", almacena la clorofila y los otros pigmentos auxiliares de la fotosíntesis, los cuales absorben la luz solar.

•

Centro de reacción. Un segmento especial de los pigmentos fotorreceptores donde llega la energía transferida desde la antena y desde donde pasa a la cadena transportadora de electrones. Esta última es una serie de moléculas que facilitan el movimiento de electrones dentro de la membrana, lo que le permite a cada electrón liberar energía, dando como resultado la formación de ATP y NADPH.

Existen dos tipos de fotosistemas (PS): el fotosistema I (PS 1)y el fotosistemall (PS 11). Si ambos fotosistemas funcionan de manera secuenciada y en conjunto, se forman dos tipos de moléculas portadoras de energía, el ATP y el NADPH, y hay liberación de 02. Este proceso se conoce como fotofosforilación acíclica. Fotofosforilación

700 nm

680 nm Complejo recolector de luz

CDI

acíclica

o

NADPH

Centro de .,

reacoon

ATP Cadena transportadora de electrones



1. El complejo recolector de luz del PS 11absorbe las partículas de luz de 680 nm (P680) y su energía es transferida hasta el centro de reacción.

2.

En el centro de reacción, la energía de la luz permite la salida de un electrón desde la molécula de clorofila, el cual "salta" a la cadena transportadora de electrones (CTE) del PS 11.

3.

En la CTE, los electrones se desplazan de una molécula a otra liberando energía en el proceso. Esta energía es utilizada para transportar activamente iones hidrógeno (H+) desde el estroma al interior del tilacoide, donde se concentran. Una vez que los electrones han recorrido completamente la CTE del PS 11,son transferidos al complejo recolector de luz del PS 1.

..... El complejo recolector de luz del PS I absorbe las partículas de luz de 700 nm (P700) y transfiere su energía hasta el centro de reacción.

5.

Esta energía permite la salida de un electrón desde la molécula de clorofila, el cual "salta" a la cadena transportadora de electrones del PS 1.En este momento, la clorofila remplaza sus electrones perdidos capturando aquellos provenientes del PS 11.

6.

Los electrones, altamente energéticos, procedentes del centro de reacción, se desplazan por las moléculas de la CTE hasta llegar a la molécula portadora de electrones NADP+.

7.

Cada molécula de NADP+ capta un ión hidrógeno (H+) y dos electrones (e-) para formar NADPH. Esta molécula queda en el estroma del cloroplasto, desde donde es utilizada en la fase independiente de la luz.

8.

Debido a que el centro de reacción del PS II cedió sus electrones para permitir la formación de NADPH, este debe recuperarlos constantemente. Para esto, el centro de reacción del PS II descompone la molécula de agua (fotólisis del agua), liberando oxígeno en el proceso.

>

EN

9.

La alta concentración de iones hidrógeno al interior del tilacoide, crea un gradiente químico a través de la membrana del tilacoide (dicho fenómeno fue explicado por la hipótesis quimiosmótica). Los H+ solo pueden salir a través de canales proteicos específicos asociados a enzimas sintetizadoras de ATP (ATP-sintetasa). Cuando aproximadamente tres H+ atraviesan el canal se produce energía suficiente para que la molécula de ADP se adhiera a un grupo fosfato (P) dando origen al ATP, proceso conocido como fotofosforilación.

Si durante la fase fotoquímica solo funciona el PS 1,se genera ATP y no hay liberación de 02. Este proceso se denomina fotofosforilación cíclica y se produce cuando la luz solar es absorbida por el complejo recolector de luz del PS I (P700). Los electrones liberados por el centro de reacción siguen la cadena transportadora de electrones, generando un bombeo de H+ desde el estroma al interior del tilacoide, creándose un gradiente de H+. Posteriormente, los H+ salen del tilacoide a través de canales proteicos específicos asociados a enzimas sintetizadoras de ATP (ATP-sintetasa), y en este movimiento de H+ se produce energía suficiente para que la molécula de ADP se adhiera a un grupo fosfato (P) dando origen a la síntesis de ATP, sin que se produzca NADPH. La fotofosforilación cíclica se realiza al mismo tiempo que la acíclica. Esto permite una mayor síntesis de A TP, necesaria para la fase independiente de la luz, sin fotolisis de agua ni desprendimiento de oxígeno.

l.A R[O

Digita el código MB1147 y podrásobservarun video de lasetapasde la fotosíntesis.Paracomprobar cuánto hasaprendido, realizala actividad propuestaen la página.

Biología

EN

~j

Fase independiente de la luz o biosintética

LA ~.E()

Digitael siguiente código: MB1148, para conocer y aprender más sobre el ciclode Calvin-Benson.Elabora una presentación en PowerPoint para mostrar las etapas del ciclo.

Esta fase se lleva a cabo en el estroma del cloroplasto. En esta etapa se utilizan las moléculas de NADPH y ATP, generadas en la fase dependiente de la luz, para sintetizar glucosa y otras moléculas orgánicas a partir de la fijación de carbono yagua. Las reacciones químicas involucradas en la formación de glucosa están organizadas de forma cíclica en el llamado ciclo de Calvin-Benson o ciclo C3, debido a que importantes moléculas que participan en este ciclo están formadas por tres átomos de carbono. En este ciclo intervienen una serie de enzimas que se encuentran en el estroma y, para poder realizarlo, se requiere de tres productos básicos: 1. Dióxido de carbono absorbido por la planta a través de los estomas, que actúa como fuente de carbono. 2. ATP Y NADPH obtenidos de la fase fotoqoírnica 3. Ribulosa bifosfato (RuBP), azúcar capaz de captar energía y fijar el C02' Reacción catalizada por la enzima rubisco.

1.

En tu cuaderno, realiza un cuadro resumen comparativo de los eventos que ocurren en ambas etapas de la fotosíntesis,

Un ciclo de Calvin-Benson completo describe la fijación de solo una molécula de C02' Sin embargo, para realizar la síntesis de una molécula de glucosa (C6H J 206) se requiere de 6 C02, lo que significa seis veces el ciclo, Este ciclo se divide en tres etapas: carboxilación o fijación de carbono, reducción o síntesis de gliceraldehído fosfato (GP) y regeneración de RuBP,

Carboxilación. El ciclo comienza con

una molécula de ribulosa bifosfato (RuBP), Esta tiene cinco carbonos y se combina con una molécula de C02 para formar un compuesto inestable con seis átomos de carbono, Cada molécula de este compuesto ADP""_' reacciona con una molécula de ATP-J agua y se forman dos moléculas Ribulosa S-fosfato con tres carbonos, llamada ácido (RuP) fosfoglicérico o PGA,

Gliceraldehído 3-fosfato (ADPG)

Regeneración, Utilizando A TP, las moléculas de PGAL reestablecen las moléculas de RuBP que se utilizaron al comienzo del ciclo de Calvin-

Benson


Acioo J ,3-difosfoglicérico

----r---1

(AOPG) NADPH+H+ '-.NADP+

Reducción, Utilizando A TP, la molécula de PGA se transforma en ácido bifosfoglicérico, el cual a través del NADPH y la acción de una enzima se reduce en una molécula de gliceraldeído tres fosfato o PGAL, formada por tres carbonos, Dado que se realizan seis ciclos, una parte las moléculas producidas participan en la formación de glucosa y el resto sigue en la etapa de regeneración,


5. Balance energético de la fotosíntesis Hemos visto que todas las reacciones químicas producidas en las fases fotoquímica y biosintética permiten obtener los productos de la fotosíntesis: durante las reacciones dependientes de la luz, se producen las moléculas energéticas ATP y NADPH necesarias para la síntesis de moléculas orgánicas durante las reacciones independientes de la luz. Al mismo tiempo que estas moléculas pierden su energía, regresan como ADP y NADP+ a formar parte de las reacciones de la fase fotoquímica. Para asegurar que ambas las enzimas del ciclo de para que esté activa solo tesis de glucosa. Observa fases de la fotosíntesis.

fases se produzcan a la vez, existe una fuerte regulación sobre Calvin-Benson, en especial sobre la enzima rubisco (RuBP), cuando exista suficiente ATP y NADPH para realizar la sínel siguiente esquema que muestra la interconexión entre las

Ingresa

Produce

Fase

Fotoquímica (tilaco ides ) A

~

ADP-N ADP+

ATP- NADPH r

~

Biosi ntética (estroma)

Recuerda cómo se compone una molécula de glucosa (C6H 1206)' Para sintetizarla se necesitan 12 moléculas de agua (H20) y 6 de dióxido de carbono (COV' Observa el siguiente cuadro resumen. Reac tIVO)

Pr oduc tos

Se de se ornpone

602

En la década de 1940, Samuel Ruben y Mal-tin Kamen demostraron en laboratorio que el oxígeno producido durante la fotosíntesis proviene íntegramente del agua y no del dióxido de carbono. Esto permitió formular la siguiente ecuación para expresar este proceso, en la que el oxígeno liberado como producto proviene del agua:

(se liberan a la atmósfera)

12 H+ 12 H+

En esta reacción doce moléculas de agua se usan como reactivo y seis moléculas nuevas de agua se liberan como producto. Sin embargo, comúnmente se usa la siguiente reacción química para representar la fotosíntesis, ya que es equivalente a la anterior y esencialmente correcta.

6C 302 302 Durante el ciclo de Calvin-Benson, POI- cada C02 incorporado se necesitan 2 NADPH y 3 ATP. Por lo tanto, para sintetizar una molécula de glucosa (de 6 carbonos) se necesitan en total 12 NADPH y 18 ATP.

11491

Biología

6. Fotosíntesis e incorporación de energía por los heterótrofos Mediante la fotosíntesis se capta la energía del sol y, junto con el aporte de moléculas inorgánicas, se almacena como glucosa. La reserva de energía generada en el proceso fotosintético es utilizada después en todas las actividades y funciones orgánicas de los mismos autótrofos, por ejemplo en las plantas para fabricar nuevos tejidos (hojas, frutos, flores, semillas) o sintetizar enzimas, fitohormonas y compuestos de defensa, como las toxinas. Asimismo, esta energía es utilizada por los heterótrofos, a través de la alimentación a lo largo de las redes y tramas tróficas, para realizar todas sus funciones vitales. Para utilizar esta reserva de energía, las células descomponen la glucosa, liberan la energía contenida en esta molécula y la utilizan para producir ATP. La descomposición completa de la glucosa, proceso conocido también como metabolismo de la glucosa, produce mucho A TP Y libera como residuos finales C02 y H20, los mismos reactivos originales de la fotosíntesis:

Fotosíntesis 6 C02 + 6 H20 + energía lumínica --+ C6H 1206 + 6 02 Metabolismo completo C6H 1206 + 6 02

de la glucosa 6 C02 + 6 H20 + energía química + energía calórica

Gran parte de la energía contenida en la glucosa es transformada a energía calórica durante el metabolismo, la que es liberada a la atmósfera. Una fracción menor de la energía de la glucosa es utilizada como energía química para la fabricación de nuevas estructuras y para el funcionamiento de los organismos. El metabolismo que posibilita la descomposición completa de la glucosa en células eucariontes se conoce como respiración celular, que se realiza en el citoplasma y en las mitocondrias. Este proceso comprende tres etapas: glucólisis, ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones.

'I~

EN

LA RED

Ingresael siguientecódigo: MB 1154, donde podrásver animacionessobre la glicólisis, ciclo de Krebs y cadenatransportadora de electrones.Realizaun cuadro comparativo entre la fotosíntesisy la respiracióncelular.


La selva amazónica ha perdido más del 60% de su vegetación original debido a la expansión del cultivo de la soja y, sobre todo, al pastoreo. Sin embargo, esta tala del bosque ha sido en vano, ya que la mayoría de las tierras son ácidas y de baja fertilidad, por lo tanto, la productividad ha sido mínima. Por esta razón, el Ministro del Medio Ambiente de Brasil, algunas ONG y otras entidades ecologistas ven la necesidad de conservar la selva amazónica, porque además de ser propiedad de los brasileños es patrimonio de toda la humanidad. ¿Qué importancia crees tú que tiene su conservación?

150

I


•

Glucólisis. Se realiza en el citoplasma de la célula y es un proceso anaeróbico, es decir, que no requiere la presencia de oxígeno. En esta etapa, la molécula de glucosa es dividida en 2 moléculas de ácido pirúvico, de 3 carbonos cada una, y esta división libera energía suficiente para sintetizar 4 ATP Y 2 NADH (portador de electrones). Sin embargo, la producción neta es de 2 A TP porque la glucólisis requiere 2 A TP . para ocumr. El ácido pirúvico producto diferentes: -

Glucosa (ADP Glucólisis

1

,

1

+P

ATP

Acido

de la glucólisis puede seguir dos rutas metabólicas

Ciclo En ausencia de oxígeno (ambiente anaeróbico) se produce la fermentación del de ácido pirúvico. Este puede transformarse en lactato (fermentación láctica), lo Krebs _I + e que ocurre habitualmente en las células musculares cuando hay esfuerzo físico, , 'o .u alta demanda energética y poco oxígeno disponible, o en etanol (fermentación eo. etílica), lo que ocurre cuando las levaduras transforman el jugo de uva en vino. VI Aceptores de e& En presencia de oxígeno (ambiente aeróbico), el ácido pirúvico ingresa a las Cadena mitocondrias y se desarrolla la respiración celular. transportadora de electrones

"'.::::::::/'

-

•

!

Ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. Este proceso se realiza en las mitocondrias, tanto en la matriz como en el compartimiento intermembranoso, y requiere la presencia de oxígeno. Se produce cuando el ácido pirúvico generado en la glucólisis entra en la mitocondria y en este proceso es transformado en acetil coenzima A, liberando una molécula de C02, que sale de la célula.

e-J

ADP+

P

(

ATP

Luego, el acetil coenzima A entra al ciclo de Krebs y experimenta cambios que dan origen a 2 moléculas de C02. Como consecuencia de estas reacciones se obtienen 3 moléculas de NADH, una de FADH2 (molécula portadora de electrones) y una molécula de A TP. Como en la glucólisis se producen dos moléculas de ácido pirúvico por la degradación de una molécula de glucosa, se forman dos moléculas de acetil coenzima A y, por ende, los productos generados se multiplican por dos, generándose 6 NADH,

2 FADH2 Y 2 ATP.

•

1. ¿Qué importancia biológica

Cadena transportadores de electrones. Terminado el ciclo de Krebs, se da inicio a la cadena transportadora de electrones, formada por un grupo de enzimas ubicadas en la membrana intema de la mitocondria, que aceptan y transfieren electrones. En esta cadena, tanto NADH como FADH2 ceden sus electrones, produciendo energía que es utilizada para bombear H+ al interior del compartimiento intermembranoso, donde se acumulan. Los electrones se unen al oxígeno, aceptor final de la cadena, formando una molécula de agua. Debido al flujo de electrones, más la energía proporcionada por los NADH y FADH2' se forman moléculas de ATP: por cada NADH se forman 3 ATP Y por cada FADH2 se sintetizan 2 A TP. Haciendo un balance total de las reacciones ocurridas en la glucólisis y la respiración celular, se puede decir que se producen 38 ATP como balance neto por cada molécula de glucosa degradada íntegramente.

151

2.

3.

presenta el mecanismo de degradación de la glucosa llevado a cabo en las células de los heterótrofos?, ¿yen las células de los autótrofos? Explica. ¿Qué característica morfológica de las mitocondrias les permite ser el organelo donde se realiza el proceso de respiración celular? Explica. Relaciona, desde el punto de vista energético, los procesos de fotosíntesis y de degradación de la glucosa. Biología

Evaluación de proceso

1

Escribe en tu cuaderno los nombres y las funciones de las estructuras del cloroplasto señaladas.

c

d

2

Responde las siguientes preguntas en tu cuaderno.

a. b. c. d.

3

e

Explica a través de un esquema cómo circula la materia y la energía en la naturaleza. ¿Cuál es la ecuación general de la fotosíntesis? ¿De qué molécula proviene el oxígeno que se libera en la fotosíntesis? ¿Qué moléculas permiten la interconexión

de las dos fases de la fotosíntesis?

Elácido pirúvico generado en la glicólisis puede seguir dos rutas metabólicas diferentes. De acuerdo a este proceso, responde en tu cuaderno:

a. ¿Qué factor determina esta división? b. Describe ambas vías metabólicas. Considera sus reactantes, productos, ejemplos de estructuras en que se lleva a cabo y función de cada una de ellas.

4

En tu cuaderno, elabora un cuadro comparativo entre las siguientes etapas de la fotosíntesis:

a. Fosforilación cíclica y acíclica. b, Fase fotoquímica y biosintética.

5

En tu cuaderno, elabora un esquema del ciclo de Calvin e identifica las etapas de carboxilación, reducción y regeneración.


11521


Reviso----------------------------------------------------•

Revisa el $olucionario


DE:S RIPTOR:

PRE:GUNTA

¿QUÉ

PUNrAJE:

DE:BES HACE:R?

Conocer las adaptaciones que presentan las plantas, que les permiten realizar el proceso de

Si obtuviste menos de 5 puntos,

1


fotosíntesis. Reconocer los eventos que ocurren en las etapas del proceso


2y4


fotosintético. Comprender

las vías de obtención

de energía de organismos aeróbicos


3


y anaeróbicos. Identificar las etapas del ciclo de Calvin.


5



1. Elabora en tu cuaderno un esquema que incluya las siguientes estructuras: epidermis, cutícula, mesófilo, haces vasculares, estoma, cloroplasto, granas, tilacoides y estroma. Marca las estructuras que participan en la fotosíntesis y escribe sus funciones.

Actividad

2. Describe qué consecuencias se producirían sobre el proceso fotosintético

si se bloqueara la cadena transportadora

de electrones. Actividad

3. Elabora un cuadro comparativo

que incluya la respiración celular y la fermentación

Actividad

4. Elabora un mapa conceptual sobre el ciclo de Calvin-Benson.

1153

I

láctica, alcohólica y acética.

Biología

7. Factores que regulan la actividad fotosintética La fotosíntesis es muy importante

para la mantención de la vida en la Tierra, debido a

que es el mecanismo por el cual los autótrofos,

que habitan ambientes con presencia

de luz, sintetizan sus nutrientes y se constituyen en la base de las cadenas y tramas alimentarias en dichos ambientes. Sin embargo, el rendimiento

de la fotosíntesis, o la ca-

pacidad de las plantas para realizar el proceso fotosintético,

depende

de diversos

factores, entre los que se encuentran la intensidad luminosa, el color de la luz o el tiempo de iluminación, la disponibilidad

de agua en el suelo, la concentración

carbono en el aire y la temperatura

de dióxido

de

ambiental.

Disponibilidad y tipo de luz La luz solar es la fuente de energía de todos los organismos fotosintetizadores.

El Sol

emite energía en un amplio espectro de longitud de onda (medida en nm). Son de corta longitud de onda: rayos gamma, rayos X, rayos UV, luz visible, infrarroja, microondas. Las de mayor longitud son las ondas de radio. Los diferentes pigmentos fotosintéticos

o fotorreceptores

solo pueden absorber la luz

visible, es decir, entre los 400 y 750 nm de longitud de onda. Longitudes

de onda

menores a 400 nm son muy energéticas y dañan las células y, por otra parte, las longitudes de onda mayores a 750 nm tienen muy baja energía para permitir que ocurra la fotosíntesis. En los cloroplastos, varios tipos de pigmentos fotosintéticos la clorofila

absorbe luz violeta, azul y roja; los carotenoides

funcionan al mismo tiempo: absorben luz azul y verde

y las ficocianinas absorben luz verde y amarilla. Esto les permite captar la energía de los diferentes tipos de luz visible, dando mayores posibilidades para activar el proceso de fotosíntesis.

Espectro de luz visible

Gráfico N° 2: Efectos de la disponibilidad de luz ro

u

La disponibilidad de luz cambia en cantidad y calidad con la latitud, con las estaciones del año, con la hora del día y con el tiempo meteorológico,

\ \ \

por lo que la capacidad de

la planta para realizar fotosíntesis cambia de acuerdo a estos parámetros.

\

\ \ \ \ \

La tasa fotosintética

\ \ \

Intensidad lumínica (watts) Fuente: Archivo editorial.


aumenta a medida que aumenta la intensidad lumínica. Sin em-

bargo, esto ocurre hasta cierto grado de intensidad de luz, 600 watts, valor sobre el cual la tasa fotosintética se mantiene constante, aunque se incremente la intensidad de la luz.


Disponibilidad de agua Un componente indispensable para la fotosíntesis es el agua, que se utiliza tanto en la fase fotoquímica como en la fase biosintética y es la fuente del 02 liberado por la planta, por lo tanto, es importante que se encuentre en la cantidad adecuada. El agua es absorbida por las raíces desde el suelo, circula por el xilema y es eliminada por evaporación o por transpiración a través de los estomas. Durante su circulación a través de la planta, ingresa a todas las células haciendo que estas se hinchen: la presión que el agua ejerce dentro de las células, llamada presión de turgencia, permite dar forma y rigidez a las células, proporcionando soporte a la planta. Al no disponer de agua, la planta pierde presión de turgencia, por lo tanto se vuelve lánguida y se marchita. Hay que tener en cuenta que los requerimientos de agua varían de una especie a otra, lo que determina el tipo de ambiente en que se desarrollan.

1.

Analiza el gráfico y responde las preguntas que se plantean a continuación.

Gráfico N° 3: Espectro de acción de la fotosíntesis y de absorción de los pigmentos fotosintéticos ,.-... Q)

'ff

f7

c: Q)

U

\.'-w__

---'1 100

l_ Espectro de

o

c.. ..._..

o

E c:

80

acción de la I fotosíntesis 1-------+-1-:....:.

1..

,.-...

60

"C

o VI VI

-o "

.w

~ ~

~

~

'¡¡;

~

~

E

.... VI

8

Q)

c:

Q)

.2"C

'o

Q)

._Q)

U

"C

lS

~

Q)

1..

~

O VI

Carotenoide

.o ~ Q)

c:

1- ~

o

40

c..

Clorofila a

"C

o 1..

o

E

....U

o

u ..._..

Q)

c.. VI LU

500 Violeta

Verde Azul

700

600 Naranja Amarillo

Rojo

Longitud de onda (nanómetros) Fuente: Raven, P., Evert, R., Eichhom, S. Biology ofplants. (6" edición) EEUU: W.H. Freeman and Company/Worth Publishers. 1999.

a. b. c. d.

¿Enqué longitud de onda se presenta el máximo nivel de absorción de cada uno de los pigmentos fotosintéticos? ¿Qué colores de la luz visible son absorbidos por cada pigmento? ¿Qué color refleja cada uno de los pigmentos? Fundamenta tu respuesta. ¿Enqué rango de longitud de onda el espectro de acción de la fotosíntesis es mayor? ¿Qué hechos explican este fenómeno? Biología

Concentración de COl •

-

El C02 es otro compuesto

elemental para la fotosíntesis, ya que aporta las moléculas

de carbono necesarias para la síntesis de glucosa. El C02 se encuentra normalmente disponible en la atmósfera, por lo que la planta puede captarlo libremente a través de los estomas. Cuando la planta abre los estomas para absorber C02, pierde agua por evaporación, lo cual puede llegar a ser fatal para el vegetal. Para evitar este problema, la planta solo abre sus estomas cuando las reservas de agua son suficientes para mantenerse a salvo de la deshidratación,

de lo contrario,

cierra los estomas evitando la pérdida de

agua, pero al mismo tiempo reduciendo

Estoma abierto.

da del 02 producido

la entrada de C02 e impidiendo

la sali-

durante la fotosíntesis. Cuando los niveles de 02 suben

y los de C02 bajan, la planta entra en un proceso llamado fotorrespiración. La fotorrespiración

es un proceso similar al que ocurre durante la respiración

celular solo que, en este caso, la RuBP reacciona con el 02 y no con el C02' permitiendo

la disminución de las concentraciones

Sin embargo, durante la fotorrespiración descomposición

de 02 dentro del vegetal.

no se produce energía a partir de la

de la glucosa y, por otra parte, la disminución

de los niveles de

C02 detiene el ciclo de Calvin-Benson, por lo que no se realiza la fotosíntesis.

Estoma cerrado.

REFLEXIONA El exceso de dióxido de carbono presente en la atmósfera actual es el responsable del

50

a

60%

del calentamiento

global

del planeta; gran parte del C02 procede de la combustión del petróleo y de los tubos de escape de los vehículos a motor en las grandes ciudades. Las caídas anuales de los niveles de este gas, producto

de la actividad fotosintética, es menor durante el

invierno y mayor en el verano, pero, aun así, la cantidad de vegetales del planeta resulta insuficiente al momento el calentamiento

1•

de revertir

global. ¿Qué medidas concretas se podrían tomar para evitar el exceso de C02 atmosférico? Propón una.

En tu cuaderno, explica qué sucede con los estomas de una planta a la que le llega el sol de manera muy directa y, en consecuencia, con la disponibilidad de C02 para realizar fotosíntesis. Gráfico N° 4: Efecto de la concentración

2.

Con respecto al gráfico N° 4, escribe un párrafo que explique el efecto de la concentración

a 300

e

de C02 en dos ejemplos de plantas que

se han mantenido a temperatura

constante de

20 y 30

"C.

Concentración

de C02

Fuente: Archivo editorial. Santillana Bicentenario

de C02


Temperatura ambiental El rendimiento

fotosintético

de una especie se ve fuertemente

afectado por la tem-

peratura ambiental. Esto se debe a que las enzimas que participan en la fotosíntesis presentan una temperatura

óptima para su actividad, es decir, a determinada tempera-

tura las enzimas actúan de manera completamente

eficiente y cuando la temperatura

aumenta o disminuye de su valor óptimo, se reduce la tasa fotosintética

del autótrofo.

En general, esta última aumenta a medida que se incrementa la temperatura.

,,,_

Gráfico N° 5: Efecto de la temperatura

"-

ambiental

¡., ": •.•. _ .._8,

•

'. ,~,

....~ ... '.

TO óptima Producción de glucosa

Temperatura

(OC)


La temperatura óptima para la producción de glucosa varía entre las diferentes especies, debido a las distintas adaptaciones que los organismos desarrollan para sobrevivir en determinados ecosistemas. Es así como un musgo que habita en el bosque boreal podrá

En los distintos ambientes, que presentan condiciones climáticos particulares. los especies vegetales presentan temperaturas óptimos diferentes para la realización de la fotosíntesis.

realizar la fotosíntesis entre los -5 y 28 "C: sin embargo, su óptimo se encuentra en los 15 "C. Por otra parte, un arbusto del desierto fotosintetiza

1.

En tu cuaderno, explica los efectos de la temperatura

al máximo a los 44 "C.

en la tasa fotosintética

cuando se presenta una intensidad lumínica alta

(ILA) y una intensidad lumínica baja (ILB).

Gráfico N° 6: Efecto de la temperatura ILA

ro u +-'

'QJ

+-'

e

'¡¡;

O

+-'

S ro Vl ro

1-

-

ILB Temperatura

(OC)

Fuente: Archivo editorial,

Biología


Incendios forestales ... ¡algo huele mal! EL MERCURIO

NACIONAL

Ingenieros forestales advierten sobre daño al bosque nativo a causa de incendios Actualmente hay unos 20 focos de incendios forestales activos en las regiones del centro sur del país. Fuente: El Mercurio. Santiago 27 de enero de 2009.

La mayoría de los incendios forestales que ocurren en Chile


son provocados

por el ser humano. Estos incendios se de-

nominan "incendios antrópicos" y se producen principalmente Titulares como el anterior son frecuentes durante la tempo-

por descuido, negligencia o de manera intencional.

rada estival. Los incendios forestales en nuestro país destruyen en promedio

50.000 hectáreas (ha) al año, incluyendo pasti-

De acuerdo

a datos de los últimos

veintinueve

años, en

zales, matorrales, plantaciones forestales y bosque nativo.

5.509 incendios por temporada en todo el país, con una superficie siniestrada de 50.460 ha por tem-

De acuerdo a la Corporación

porada. Si consideramos solo los últimos diez años, este pro-

promedio se originan

Nacional Forestal (Conaf) los in-

propaga sin control en terrenos rurales, a través de vegetación

6.233 incendios por temporada: sin embargo, solo consumiendo 48.250 ha, lo que refleja la alta

leñosa, arbustiva o herbácea, viva o muerta, y que pone en

efectividad en el combate contra estos siniestros.

cendios

forestales

se definen

como

aquel fuego que se

medio ha aumentado

a

peligro o daña a las personas, la propiedad o el ambiente. Del total de incendios, el

91,1 % afecta a una superficie infe-

desde

rior a 5 ha. Existen, sin embargo, los llamados "incendios fores-

noviembre a abril del año siguiente, siendo los más críticos los

tales de magnitud" que exceden las 200 ha afectadas, pudiendo

meses de enero y febrero. Durante los meses de primavera

alcanzar incluso superficies de hasta

y verano se reúnen tres condiciones que favorecen el inicio y

uno. Los incendios de magnitud causan los mayores daños y,

propagación del fuego:

en conjunto,

En Chile, la temporada

de incendios

se presenta

queman el 67% de la superficie afectada por

temporada. De este tipo ocurren unos -

escasez de precipitaciones,

-

altas temperaturas, aumento

que favorecen el resecamiento

en el desarrollo

de la

mayores incendios de magnitud combatidos en Chile ocurrió

1998-1999 en la localidad de Sierras de Bellavista, el llamado incendio La Rufina que afectó a 26.000 ha.

durante la temporada de actividades humanas en el

campo.


40 incendios cada año,

que representan solo el 0,7% del total nacional. Uno de los

cobertura vegetal, -

10.000 o más ha cada

11581


Gráfico N° 7: Cantidad de incendios, superficie total afectada (ha) y promedio de superficie afectada por incendio (ha/inc), para las últimas diez temporadas en Chile. l/)

o

-o e Q)

e ._u Q)

-o

2Q) E

':::J

Z

8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 O

I

I

I

I

I

I

I

I

I

120.000 ~

-

6100.000 ro

80.000 ~ ~

ro

60.000 -

Q)

u

40.000 'E Q) o...

:::J Vl

-"'"'"'

._e

u

~

.s: ..___

o ._ -o Q)

E o L

o... Q)

u

'E Q)

o...

:::J Vl

20.000 I

,

O

I

I

I

I

I

I

I

I

I

16 14 12 10 8 6 4 2 O

I

I

I

I

I

I

I

I

I

1998 1999

1999 2000

2000 2001

2001 2002

2002 2003

2003 2004

2004 2005

2005 2006

2006 2007

2007 2008

Fuente: www.conaf.cl

De las más de 50.000 ha siniestradas cada temporada, la vegetación de praderas y matorrales es la más afectada, con cerca de un 65% del total de la superficie, siguen los terrenos cubiertos con bosque nativo, con un 21 % del total, y los menos afectados son los terrenos cubiertos con plantaciones forestales, como el pino radiata, que representan el 14% del total. Estos porcentajes varían cada temporada, de acuerdo al tipo y magnitud de los incendios forestales y según el terreno que se vea afectado.

Gráfico N° 8: Tipo de terrenos afectados por incendio (%) Bosques nativos

21%

PIantac iones forestales

Pastizales y matorrales

65%

1159 ,

14% Fuente: www.conafcl

Biología

La Conaf es la entidad encargada, entre otras muchas funciones, de la protección de los recursos naturales renovables contra los incendios forestales y del control del uso del fuego en sectores rurales. Cada temporada, Conaf invierte 7,5 millones de dólares en protección forestal.

de aluviones, la desertificación, producto de la pérdida de cobertura vegetal, y el costo de reconstrucción de las viviendas destruidas. Los bosques, praderas y matorrales, que se destruyen en los incendios forestales, cumplen diversas funciones ambientales que colaboran en la mantención de la calidad de los ecosistemas: son el hábitat de numerosa y variada fauna y flora asociada, dando vida a comunidades ecológicas. Sus hojas y ramas controlan la velocidad del viento y los flujos de aire, mientras que las densas redes de raíces mantienen estable el suelo. Protegen al suelo de la erosión del viento y el agua, evitan el deslizamiento de tierras, reducen el riesgo de avalanchas y ayudan a reducir la velocidad de flujo del agua durante las lluvias, disminuyendo el peligro de inundaciones y de erosión de las riberas de los ríos, entre muchas otras funciones que se ven afectadas con los incendios forestales.

EFECTOS DE LOS INCENDIOS

Daños ambientales Destrucción de flora, fauna y su hábitat. Destrucción de los ecosistemas . Alteración de los ciclos biogeoquímicos. Empobrecimiento y erosión de los suelos. Destrucción de la belleza del paisaje. Contaminación ambiental. Calentamiento atmosférico (cambio climático).

.... &-

QUE NO

SE HAGA

Paralelamente, la Oficina Nacional de Emergencia (Onemi), en conjunto con Conaf, aplica un sistema de protección civil para enfrentar incendios de magnitud o que amenacen a la población. Con este fin, se aplican alertas: amarilla, o en estado de preparación, y roja, o de movilización para combatir incendios. Además, los bomberos de los pueblos y ciudades tienen una importante participación en el control de incendios forestales, resguardando a las personas y sus bienes de los daños ocasionados por fuego. El sector forestal privado también realiza acciones para el control del fuego dentro de los terrenos destinados a plantaciones forestales. Producto de los incendios forestales se generan cada temporada múltiples daños de efecto inmediato y directo, que afectan al ambiente y a la sociedad. A esto hay que agregar los efectos posteriores e indirectos de los incendios, como la ocurrencia


I

FORESTALES

Daños sociales Pérdida de áreas de recreación al aire libre. Inseguridad y riesgo para la población. Pérdida de la calidad de vida de la población. Pérdida de las materias primas. Emigración de la población. Fuente: www.conafcl

En Chile, la Ley de Bosques considera como delito la ocurrencia de incendios forestales y fija penas a quienes ocasionen incendios por el uso indebido del fuego o por negligencias. Además, regula el uso del fuego en la eliminación de desechos agrícolas y forestales, conocido como "quemas controladas".

160

I


Analizar el problema A partir de la información entregada, de tu propia búsqueda y de tu reflexión, responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. 1.

Toma en cuenta las siguientes sugerencias.

¿Qué factores favorecen los incendios forestales durante los meses de primavera y verano? ¿Qué entiendes por incendio forestal de magnitud?, ¿por qué razón son considerados altamente peligrosos? ¿Qué relación existe entre el número de incendios y la superficie de terreno afectada por temporada? ¿Qué tipo de vegetación se ve mayormente afectada por los incendios forestales?, ¿qué motivos puede tener esto? ¿Por qué los costos sociales y ambientales de los incendios forestales son considerados tan altos?

2. 3. 4.

5.

Tomar una decisión Ahora que ya sabes que una parte importante de los incendios forestales son ocasionados por descuidos o negligencias, comenta con tus compañeros o compañeras, y responde: 1.

Para prevenir los incendios forestales, cuando vas a acampar o de visita al campo o a sectores cordilleranos:

• Si haces una fogata al aire libre, apágala muy bien cuando ya no la necesites. • Siempre mantén un balde con agua si vas a prender una fogata. • Preocúpate que nadie de tu grupo arroje fósforos o colillas de cigarro encendidas sobre matorrales o pastos secos. • Evita quemar desechos o basuras durante los meses de verano o en las cercanías de áreas altamente combustibles. • No arrojes desperdicios en laderas de cerros, ya que al descomponerse generan calor y entran en combustión. • Avisa a carabineros, guardaparques o bomberos, si ves a alguien sospechoso de poder causar un incendio. • Infórmate sobre los "planes de emergencia" que mantienen los vecinos de los lugares que visitas.

¿De qué manera podrías contribuir a reducir la ocurrencia de incendios forestales en tu región y en el país? ¿Qué medidas de precaución tomarías si vas de camping o al campo? ¿Crees que los efectos inmediatos y a largo plazo de los incendios forestales te pueden afectar a ti o a tu familia? ¿En qué aspectos? Explica.

2. 3.

Fuente: www.conaf.cI

Mi compromiso •

Con tu curso, organicen una campaña para ayudar a prevenir los incendios forestales y las medidas a considerar en caso de incendio forestal. Incluye una lista con los beneficios sociales y ambientales de los bosques, praderas y matorrales. Solicita a tu profesor o profesora que invite a un representante

,161,

de Conaf a dar una charla informativa.

Biología

Mirada al Bicentenario ~------~~~------------------------------------------------------------------------

•

aru In a: conservando Tierra del Fuego y Patagonia Karukinka es el nombre que los selknam u onas utilizaban para referirse a la isla grande de Tierra del Fuego. Estastierras australes fueron, hasta hace unas pocas décadas (1974), el hogar de este pueblo nómada terrestre, cazador y recolector, reconocido por los impresionantes diseños de sus pinturas corporales. Hoy, un grupo de conservacionistas chilenos y extranjeros toman este antiguo nombre para honrar al pueblo indígena originario de la Isla de Tierra del Fuego y crear un proyecto para la conservación de la biodiversidad de esa zona. La reserva Karukinka fue creada en 2004 a partir de la donación de unas 272.000 hectáreas de terrenos privados. Desde el comienzo, la flora y fauna que habita estos terrenos comenzó a ser protegida y conservada para las futuras generaciones; sin embargo, los terrenos se encontraban separados en dos parches o paños distantes entre sí, lo que, de cierto modo, impedía la protección de las especies de fauna que migran o se desplazan dentro de sus amplios territorios de caza o alimentación. Por esta razón, la organización de origen estadounidense Wildlife Conservation Society (WCS) se encargó, junto con el consejo asesor de la reserva, de tratar de unir estas dos áreas para crear un corredor ecológico natural y, finalmente, la reserva compró una franja de terreno en el sector costero, sumando otras 40.636 hectáreas. De esta forma, la reserva Karukinka hoy ocupa un amplio sector en la parte sur de la isla grande de Tierra del Fuego.

En Karukinka se ha registrado la presencia de 17 especies de mamíferos, 77 de aves y 5 de peces. Los mamíferos nativos más abundantes son el guanaco (Lama guanicoe) y el tuco-tuco (Ctenomys magellanicus). Entre las aves, encontramos al chincol (Zonotrichia capensis) y el fío-fío (Elaenia albiceps) y una especie endémica, la perdicita cordillerana austral (Attagis malouinus), que se encuentra en la costa. De las cinco especies de peces de agua dulce, solo dos son nativas y, de estas, el puye (Galaxias macula tus) está considerada en peligro de extinción. Asimismo, se han registrado 41 6 especies de plantas vasculares en Karukinka, lo que corresponde a un 67% del total de plantas presentes en la isla. Solo se encuentran 6 especies de árboles en la reserva: canelo (Drimys winterii), notro o ciruelillo (E mbothrium coccineum), leña dura (Maytenus magellanica), ñirre (Nothofagus antarctica), coigüe de Magallanes (N. betuloides) y lenga (N. pumilio).

4'000 N

w~

E

laguna Mercedes

.-

lago Chfco

lago Blanco

El principal objetivo de la reserva Karukinka es conservar la vida silvestre de la isla, mantener y mejorar la calidad ecológica y la representación de sus ecosistemas más importantes, especialmente bosques, turberas, estepa, matorral, humedales y ríos y, además, ayudar a la recuperación de especies en peligro de extinción y vulnerables.

Mapa Karukinka, Wildlife Consesvation Society-Chile, www.karukinkanatural.cl


I

44000

162

I

46000

48000

50000

52000

Lectura científica


Plantas carnívoras: no todo es fotosíntesis Las plantas carnívoras son una extraña variedad dentro del reino vegetal. Estas plantas, al igual que la mayoría, obtienen la energía del Sol y realizan fotosíntesis para producir glucosa. Y, asimismo, utilizan la energía contenida en la glucosa para la síntesis de proteínas y otras moléculas orgánicas. La diferencia fundamental radica en la forma cómo obtienen las demás moléculas inorgánicas, principalmente nitrógeno y fósforo, que les permiten la síntesis de moléculas orgánicas fundamentales para su desarrollo.

Las plantas carnívoras utilizan tres estrategias de captura de presas, basadas en la modificación de la estructura y función de las hojas y en la producción de sustancias pegajosas, odoríferas o enzimáticas:

Las plantas carnívoras viven en ambientes muy pobres en nutrientes, como turberas, tierras ácidas pantanosas y laderas de piedra caliza, con suelo ácido y pobre en nitrógeno asimilable. Por esta razón, obtienen gran parte de los nutrientes a través de la captura y el consumo de animales, principalmente insectos, arañas, escorpiones e incluso pequeños sapos y lagartijas. Existen alrededor de 625 especies de plantas carnívoras que habitan en casi todos los ecosistemas del planeta, a excepción de los desiertos y los polos. Se caracterizan principalmente por presentar mecanismos de atracción para las presas, como producir néctar, o presentar colores y olores llamativos, utilizar trampas para atrapar a las presas, como hojas modificadas con forma de jarros o jaulas, y poseer enzimas digestivas, o estar asociadas con bacterias, para digerir a sus presas y absorber los nutrientes de sus cuerpos.

• Algunas especies, como los nepentes (Nepenthes) tienen hojas con forma de jarro que se llenan de agua y donde los insectos, una vez que caen, se ahogan y descomponen. Los insectos no pueden salir de la trampa ya que la pared interior de la hoja presenta una superficie resbaladiza y está cubierta de pelos dirigidos hacia el interior. • Otras especies, conocidas como "plantas de rocío" (Drosera) tienen pelos cubiertos con un dulce y pegajoso néctar, el cual atrae e inmoviliza a los insectos pequeños. La planta libera enzimas digestivas secretadas por glándulas situadas alrededor de los pelos, que degradan las proteínas del insecto. • Una estrategia de captura diferente es la que presentan las "atrapamoscas" (Dionaea), las cuales tienen unas hojas con espinas en el borde y un nervio central cubierto de pelos. Cuando un insecto toca esos pelos, la hoja se dobla y el insecto queda atrapado en una especie de jaula.

Fuente: http://cl.kalipedia.com/

Comprendo lo que leo 1. 2. 3. 4.

¿En qué tipo de ambientes es posible encontrar plantas carnívoras? ¿Por qué estas plantas necesitan obtener nutrientes de los insectos? ¿Cuáles son los mecanismos de captura de presas de estas plantas? Descríbelos. Averigua si existen plantas carnívoras en Chile y cuál es su estado de conservación.

1163

I

Biología

Síntesis de la unidad •

•

La energía se puede definir como la capacidad de efectuar trabajo.

En los cloroplastos,

Existe la energía cinética y la energía potencial.

y transformación de energía que llevan a cabo los organismos autótrofos puede ocurrir por medio de la quimiosíntesis y la fotosíntesis. (Pág. 140) Una vez que los productores

incorporan

en las

células del mesófilo de las hojas, se lleva a cabo la fotosín-

La incorporación

•

organelos que se encuentran

tesis, proceso por el cual los productores energía lumínica en química. (Págs.

Tilacoide

energía, esta

Tilacoide

transforman

la

142 Y 143)

v~~~==~~

estromático

queda disponible para el resto de los seres vivos o heterótrofos. La energía se transfiere a través de las cadenas y tramas tróficas hacia los consumidores voros y finalmente

herbívoros, carní-

a los organismos descomponedores.

Este proceso se conoce como flujo de energía. (Pág.

Grana

141)

Membrana extema Ribosorna'

Membrana interna Estroma

•

La ecuación general de la fotosíntesis es:

6 C02

•

6 H20

+

energía solar

El proceso de fotosíntesis involucra un conjunto de reacciones químicas y se divide en dos etapas o fases: dependiente luz o fotoquímica

•

+

e independiente

En la fase dependiente

de la luz o biosintética.

de la luz o fotoquímica

los fotosistemas

donde participan ambos fotosistemas.

680 nm

(Págs.

atrapan la energía de la luz solar y la trans-

En esta etapa se libera oxígeno. Se desarrolla en la membrana de

I y 11.Cada fotosistema

luz, un centro de reacción y una cadena transportadora fotosistemas, se puede producir la fotofosforilación

144 y 145)

los pigmentos fotosintéticos

forman en energía química en forma de ATP y NAOPH. los tilacoides, donde se encuentran

(Págs.

está formado

de electrones. Dependiendo

por un complejo

146 y 147) 700nm

1164

I

recolector

de

de la circulación de electrones en los

cíclica, donde participa solo el fotosistema

NADPH


de la

I y la fotofosforilación

acíclica,

UNIDAD 4 I Fotosíntesis •

En la fase independiente de la luz o biosintética, las enzimas del estroma del cloroplasto utilizan la energía química del A TP Y del NADPH, formados en la etapa fotoquímica, para promover la fijación de dióxido de carbono y sintetizar glucosa y otras moléculas. En esta fase se produce el ciclo de Calvin-Benson, que requiere dióxido de carbono, ribulosa bifosfato (RuBP), ATP y NADPH. El ciclo se divide en tres etapas: carboxilación o fijación de carbono; reducción o síntesis de gliceraldehído fosfato (GP), y regeneración de RuBP. (Pág. 148)

Aoco 1.3-difosfoglicérico

(ADPG)

•

•

•

Para sintetizar una molécula de glucosa se necesitan 12 moléculas de H20, 6 de C02' 12 de NADPH y 18 de A TP. (Pág. 149) La respiración celular es un conjunto de reacciones químicas que permiten a la célula metabolizar la glucosa para obtener su energía y sintetizar A TP. La glucólisis se realiza en el citoplasma de la célula, no requiere de la presencia de 02, y por cada molécula de glucosa se forman 2 A TP Y 2 NADH. El ciclo de Krebs se realiza en la mitocondria y produce 6 NADH, 2 FADH2 y 2 ATP. En la cadena transportadora de electrones, por cada NADH se forman 3 ATP Y por cada FADH2 se sintetizan 2 ATP. En un balance total de las reacciones ocurridas en la glucólisis y la respiración celular, se producen 38 ATP como balance neto por cada molécula de glucosa degradada íntegramente. (Págs. 150 y 151 )

Glucosa Glucólisis

1

(ADP

+P

ATP

,! Acido - H+ pirúvico e, Acetil-co'r-,,-

Ciclo de Krebs

,,~ Cadena transportadora de electrones

+ e

'o

u ~

o.. V'J ~

Entre los diversos factores que influyen en el rendimiento de la fotosíntesis están: la concentración de dióxido de carbono, la cantidad de agua, la intensidad luminosa y el color de la luz y la temperatura ambiental. (Págs. 154 a 157)

Biología

Evaluación final

1 Observa

el esquema y, en tu cuaderno, indica si las afirmaciones son verdaderas o falsas. Justifica estas últimas.

Calor

Calor

Productor

Herbívoro

Calor

Calor

Carnívoro

Descomponedor

a. b. c. d. e. f. g.

2

El pasto es el organismo autótrofo que permite incorporar la energía. La energía solo fluye de los productores a los herbívoros y de estos a los camívoros. Los organismos productores sintetizan sus nutrientes mediante la fotosíntesis. El esquema representa una trama trófica y el flujo de energía. Según el esquema, la cantidad de energía que se traspasa de un organismo al siguiente es la misma. Todos los organismos liberan energía en forma de calor al ambiente. Todos los organismos aprovechan la energía del Sol para sintetizar sus nutrientes.

Escribe el número del término de la columna A, en el cuadro correspondiente Columna A

1.

Fase biosintética.

2.

Carboxilación.

3.

Glucosa.

4.

ATP Y NADPH.

5.

Ribulosa bifosfato.

6.

Ciclo de Calvin-Benson.


a su definición en la columna B. Columna B

O O O O O O O

Azúcar que reacciona con el C02 en el ciclo de Calvin-Benson. Etapa de la fotosíntesis dependiente de la luz. Molécula orgánica producida durante la fotosíntesis. Conjunto de reacciones cíclicas que permiten la formación de glucosa. Etapa donde se realiza la fijación del carbono. Etapa de la fotosíntesis que se realiza en el estroma del cloroplasto. Moléculas portadoras de energía, requeridas para la fase biosintética.

1166

I


3

Copia la tabla en tu cuaderno y complétala con la información solicitada acerca del metabolismo de la glucosa.

• •

4

Glucólisis Respiración celular Ciclo de Krebs Cadena transportadora de electrones.

Con respecto al siguiente gráfico del efecto de la temperatura

sobre la producción de glucosa, responde las preguntas en

tu cuaderno. Gráfico N° 9: Efecto de la temperatura

ambiental

Producción de glucosa


a. b. c. d.

¿A qué temperatura la producción de glucosa es máxima? ¿Por qué la producción de glucosa decae al aumentar la temperatura por sobre los 30 OC? ¿Podría sobrevivir el organismo si la temperatura se mantiene a 15 "C por mucho tiempo? Explica. ¿Qué otros factores afectan el proceso de fotosíntesis? Explica de qué manera influyen en él.

1167

I

Biología

5

Un grupo de investigadores tiene información acerca de la importancia de dos compuestos nutritivos que favorecen el crecimiento en las plantas: el fósforo (P), que forma parte de las proteínas, y el nitrógeno (N), que forma parte de las proteínas y de los ácidos nucleicos. Se sabe que el efecto de estos nutrientes en el crecimiento de las plantas varía de acuerdo a la humedad presente en el ambiente. Por esta razón, los investigadores decidieron conocer qué sucedía con el crecimiento de las plantas si experimentalmente se les agregaba fósforo y nitrógeno, en un ambiente seco y en otro húmedo. Se midió la biomasa de hojas y ramas, es decir, la masa por metro cuadrado (g/m2), producida en el tiempo, en plantas a las que no se agregó ningún compuesto (control), y a plantas a las que se les adicionó fósforo (P), nitrógeno (N), y una combinación de ambos nutrientes (P + N). Gráfico N° 11: Ambiente húmedo

Gráfico N° 10: Ambiente seco

600 -

-

500

-

..-

N

E 400

--

-

,~ ~ VI ~

300

-

E

o 200 .ca

-

100 -

o

I

Control

I

P

I

I

N

I

I

P+ N

-

r-

-

Control

P

I

N

I

P+ N

Tratamiento Fuente: Molles, M. Ecología: conceptos y aplicaciones. España: Mc Graw Hill Interamericana. 2005. p. 671.

a. ¿Qué relación existe entre el crecimiento de las plantas y la adición de los nutrientes? Explica. b. ¿Cuál de los dos nutrientes presenta mayores beneficios en el crecimiento de las plantas en ambos ambientes?, c. d.

e.

¿por qué? ¿Por qué la adición de ambos nutrientes combinados mejora la producción de biomasa en las plantas? A partir de lo que sabes sobre el proceso fotosintético, explica a qué se debe la mayor producción de biomasa en el ambiente húmedo, en comparación con el seco. Explica qué sucedería con la biomasa de las plantas, si la adición de nutrientes aumentara en 10, 100 Y 1.000 veces.


1168

I


Reviso----------------------------------------------------•



DESCRIPTOR:

PREGUNTA

1

Si obtuviste menos de 6 puntos, realiza la actividad 1. Si obtuviste 7 puntos, realiza la actividad 2.

2


3


4

Si obtuviste menos de 4 puntos, realiza la actividad 7. Si obtuviste más de 4 puntos, realiza la actividad 8.

5


Comprender cómo circula la energía en la naturaleza. Comprender los eventos que ocurren en las etapas del proceso fotosintético. Comprender los mecanismos de obtención de energía que presentan los seres vivos. Reconocer los factores que regulan la actividad fotosintética.

Interpretar gráficos y extraer conclusiones a partir de ellos.

¿QUÉ DEBES HACER?

PUNTAJE

Actividades Actividad 1.

Esquematiza una cadena trófica y escribe el nombre de sus eslabones. ¿Qué consecuencia tendría en los demás niveles si los productores no realizaran fotosíntesis?

Actividad 2.

Investiga y elabora un afiche de una cadena trófica chilena. Explica las relaciones entre autótrofos necesaria para conservar el equilibrio del ecosistema.

Actividad 3.

Describe las reacciones fotoquímica y biosintética. Indica los elementos requeridos y las moléculas que se forman.

Actividad 4.

Busca información sobre las vías alternativas al ciclo de Calvin-Benson (C4 y CAM). Describe cómo se producen.

Actividad 5.

Describe brevemente las reacciones generales de la glucólisis, la fermentación y la respiración celular.

Actividad 6.

Investigasobre lasvías del metabolismo de lasgrasasy proteínas. ¿Enqué se asemejan al metabolismo de los carbohidratos?

Actividad 7.

Escribe la ecuación de la fotosíntesis. Formula tres hipótesis de estudio que te permitan conocer por qué la concentración de C02, la falta de agua y la intensidad luminosa, podrían afectar el proceso de fotosíntesis.

Actividad 8.

Diseña un experimento

Actividad 9.

Ingresa al sitio www.conaf.cl yen la sección Estadísticas busca una tabla y grafica sus datos.

para comprobar

y heterótrofos

la importancia del agua y de la luz en el proceso fotosíntético.

Actividad 10. Busca un gráfico relacionado con la fotosíntesis, pégalo en tu cuaderno y analízalo.

1169

I

Biología

-----=PreRªrando la PSU En esta sección te invitamos a resolver preguntas similares a las expuestas en la Para comenzar, revisa el análisis de una de ellas.

psu, cuyas

claves están en el Solucionario.

Analizando una pregunta Responde

1 De

la siguiente pregunta y, solo después de contestarla,



las siguientes opciones, ¿cuál(es) es (son) correcta(s)?

1. La quimiosíntesis es realizada por organismos consumidores. 11. Una diferencia entre fotosíntesis y quimiosíntesis es la fuente de energía utilizada. 111. Las bacterias quimiosintéticas pueden constituir la base de una cadena trófica. IV. Los organismos autótrofos obtienen energía a partir de una fuente externa. A.

I Y III B. II Y IV C. 1,II Y IV D. 11,IIIY IV E. 1,11,IIIY IV

Corrección: La quimiosíntesis es realizada por organismos autótrofos quimiosintéticos, como algunas bacterias capaces de obtener energía a partir de minerales, por lo tanto la altemativa I es incorrecta. Debido a que los organismos autótrofos fotosintéticos captan la energía del Sol, la altemativa II es correcta. Las bacterias que realizan quimiosíntesis pueden formar parte las cadenas tróficas incorporando energía en esos ecosistemas, por lo que la alternativa IIItambién es correcta. En general, los organismos fotosintéticos y quimiosintéticos obtienen la energía de una fuente extema, como el Solo los minerales, respectivamente, por lo que la alternativa IV también es correcta. De acuerdo a lo anterior, la alternativa D es la respuesta correcta.

2

Las siguientes afirmaciones referidas a las estructuras de los vegetales y al proceso de fotosíntesis son correctas, excepto: A. B. C.

3

1. En el foto sistema 1. 11. En el fotosistema 11. 111. En el estroma del cloroplasto.

los estomas se encuentran en el mesófilo de la hoja. la membrana tilacoidal se encuentra en el interior del cloroplasto. es un proceso de transformación de energía solar a /

A.

B.

/.

energia quirruca.

D. E.

C. D.

la clorofila es un pigmento de gran importancia para el proceso de fotosíntesis. el floema es el haz vascular que transporta nutrientes fotosintéticos hacia tejidos de reserva.


1170

Durante la fase dependiente de la luz o fotoquímica, ¿en qué estructura(s) ocurre la fotólisis del agua?

E.

I

Solo I Solo 11 Solo 111 I Y II 11Y 111


4

¿Cuántas vueltas del ciclo de Calvin-Benson se requieren para producir una molécula de glucosa?

A. B. C. D. E.

5

¿Por qué razón al exceder la temperatura óptima de esta planta para realizar fotosíntesis disminuye la producción de glucosa?

1 2 3 6 12

A. B. C. D. E.

Cuando ocurre el proceso de fotofosforilación cíclica, la luz solar es absorbida por el complejo recolector de luz del fotosistema 1,produciendo solo moléculas de:

8

A. ATP.

B.

aumenta la evaporación de agua. disminuye la actividad enzimática. recibe mayor cantidad de luz solar. produce más A TP Y NADPH. aumenta el proceso de respiración.

En el siguiente gráfico se representa el espectro de absorción de un pigmento desconocido. Gráfico N° 13: Absorción de luz de un pigmento desconocido

NADPH. Oxígeno.

1,0

C. D. C02·

E.

Porque Porque Porque Porque Porque

tl

0,9

Glucosa. 0,8

6

0,7 Si la enzima rubisco se bloqueara, ¿qué efectos produciría en el proceso de fotosíntesis?

1. Se detendría la cadena de transporte de electrones. 11. La ribulosa bifosfato no fijaría C02. 111. No se podría realizar el ciclo de Calvin-Benson.

A. B. C. D.

E.

Solo I Solo 111 I y 11 11Y 111 1,IIylll

N :::¡ Q)

"'O

0,6

1\

._'o

c:

,_ 0,5 u

o VI ..o

«

0,4 0,3

?

0,2

_

0,1

°350

,.-.

-

-

\

-,

I

I

I

I

I

I

I

I

400

450

500

550

600

650

700

750

800

Longitud de onda [nm]

7

Violeta Azul

En el gráfico se representa el efecto de la temperatura ambiental sobre la disponibilidad de glucosa en una planta. Gráfico N° 12: Efecto de la temperatura Producción de glucosa

TO óptima

ambiental

Verde AmarilloNaranja

Rojo

Fuente: www.acuaristas.cI

De acuerdo a la información presentada, ¿de qué color se verá este pigmento?

A.

Rojo. B. Amarillo. C. Verde. D. Azul. E. Violeta.


Biología

•

_.------~-----~


1172

>

EN ESTA UNIDAD:

• Conocerás y comprenderás:

La ilustración muestra un ecosistema en el cual, mediante flechas, se representan las relaciones de alimentación entre los organismos que habitan en él. Observa y responde las preguntas en tu cuaderno.

1. ¿Cuál es la importancia de la nutrición para los seres vivos? 2. Compara la forma de incorporar nutrientes que presentan animales y vegetales. Señala tres diferencias y tres similitudes. 3. ¿Qué estructuras necesitan las algas y el sauce para obtener sus nutrientes? 4. Identifica en la ilustración un consumidor primario escribiendo C 1; 5.

un consumidor secundario, C 2; unl~arroñero C y un descomponedor, D. Señala una cadena trófica present-e en la irGstrp.ción.¿Cuál es su rol en este ecosistema?, ¿qué nivel de esta cadena {rófica presenta más energía? 111. Fundamenta tu respuesta.

las diferencias entre la obtención de nutrientes de organismos autótrofos y heterótrofos; los mecanismos que permiten el flujo de energía a través de cadenas y tramas tróficas en un ecosistema; la relación entre la productividad primaria neta y la productividad primaria bruta de energía; las pirámides de número, masa y energía, como una forma de descripción cuantitativa de las cadenas y tramas tróficas; los ciclos de la materia que ocurren en la naturaleza; el proceso de bioacumulación o bioconcentración que se produce en la naturaleza; la función de los organismos bioacumuladores en el monitoreo de la contaminación ambiental.

• Desarrollarás habilidades para: identificar un problema de . ,. , mvesngacrón; formular hipótesis; analizar e interpretar datos de investigaciones científicas.

• Desarrollarás actitudes para: reconocer la importancia de mantener los ecosistemas libres de sustancias tóxicas.

173

Biología

,

Evaluación di

1 ¿Cómo

incorporan

nostica sus nutrientes

principales estructuras

2

.

estos seres vivos? En tu cuaderno,

involucradas.

Observa los seres vivos que en la naturaleza productores (P) o descomponedores (D). Hierba

describe cómo ocurre este proceso señalando las

componen

una cadena alimentaria y escribe si son consumidores

(C),

Langosta

Puma

Bacterias •

-

\

'"

a. En tu cuademo, organiza la cadena alimentaria que conforman estos organismos. b. En tu cuaderno, indica el nombre y la función de cada nivel trófico. c. Si por una perturbación del ecosistema se extinguieran las lagartijas,¿cuáles serían las consecuencias que se presentarían en los otros eslabones de esta cadena trófica? d. ¿Cuál es el rol de la hierba y de las bacterias en esta cadena trófica? e. Identifica los organismos herbívoros y carnívoros. f. ¿Cuál es el nivel trófico que tiene menos energía? Explica. g. ¿Cuál de estos seres vivos es el depredador tope? Fundamenta tu respuesta. Santillana Bicentenario

1174

I

UNIDAD 5 I La energía en los ecosistemas

3

Observa la tabla, grafica los datos y responde

las siguientes preguntas en tu cuaderno.

Tabla N° 1 : Causas de incendios forestales

en Chile

%

Causas Faenas agrícolas y pecuarias.

4,4

Actividades recreativas.

4,0

Operaciones

13,4

en vías férreas.

Tránsito de personas, vehículos o aeronaves.

47,8 4,2

Quema de desechos.

13,6

Incendios intencionales. Incendios naturales.

5,6

Otras

7,0

Fuente: Estadísticas www.conaf.cI

a. De acuerdo a los datos, ¿cuáles son las tres primeras causas de incendios forestales? b. ¿Qué nivel trófico se ve perjudicado directamente con los incendios forestales? c. ¿Cómo afecta un incendio a una trama trófica? Explica.

4

Hace décadas se encontró en profundas y oscuras cuevas una comunidad de organismos, con herbívoros, carnívoros primarios, secundarios y descomponedores. Algunos de estos organismos presentaban características corporales que solo les permitiría sobrevivir dentro de la cueva y otros podrían entrar y salir libremente. Se observó la absoluta falta de organismos productores, base de cualquier trama trófica. Elabora en tu cuaderno una hipótesis para explicar cómo estos seres vivos pueden habitar en el interior de una cueva si no existen organismos productores.

Reviso -------------------------•


DESCRIPTOR:

PREGUNTA

Distinguir los tipos de alimentación autótrofa y heterótrofa.

1

Identificar los niveles de una cadena trófica y los organismos herbívoros Y carruvoros,

2

Analizar y graficar información de una tabla de datos.

3

Elaborar una hipótesis de una situación problemática.

4

/

1175

I

PUNTAJE

Biología

1. Flujo de energía en los ecosistemas Todos los seres vivos requieren de energía para realizar sus diferentes procesos y actividades vitales; sin embargo, se diferencian en el modo en que la incorporan a su organismo. Los autótrofos pueden sintetizar sus nutrientes a partir de la energía solar, los denominados fotosintetizadores, o a partir de minerales, los quimiosintetizadores. A los organismos autótrofos también se les denomina productores, porque son los únicos que pueden ingresar energía a los diferentes ecosistemas, sintetizando la materia orgánica necesaria para otros seres vivos utilizando moléculas inorgánicas como el CO2 y el H20, esenciales para que se lleve a cabo la fotosíntesis, e incorporando indirectamente otras moléculas inorgánicas que se utilizan en la fabricación de proteínas o aminoácidos, como el fósforo (P) y el nitrógeno (N). Tabla N° 2: Diversidad trófica de los grupos de seres vivos

Fotosíntesis

Quimiosíntesis

Procariotas (bacterias y arqueas) Protistas (protozoos y algas) Plantas

(Plantas carnívoras)

Hongos Animales Fuente: Molles, M. Ecología: conceptos y aplicaciones. España: McGraw-Hill Interamericana, 2005.

Por el contrario, los organismos heterótrofos o consumidores necesariamente deben obtener los nutrientes y la energía por medio de la ingesta de alimentos. Por ejemplo, son heterótrofos los animales, los hongos, algunos protozoos y las bacterias, así como un reducido número de plantas, llamadas "camívoras o insectívoras", porque secretan enzimas sobre sus presas, que son generalmente pequeños insectos y protozoos, para luego absorber sus nutrientes, proceso complementario a la fotosíntesis, por esto también son consideradas autótrofas.

En la fotosíntesis se usa la energía solar principalmente para sintetizar glucosa, pero también para la producción indirecta de otras moléculas orgánicas, como proteínas y lípidos. Al ingerir alimentos, los seres vivos transmiten esta energía a través de las cadenas y redes tróficas hacia los consumidores herbívoros, carnívoros y detritívoros o descomponedores, en un proceso conocido como flujo de energía. La energía incorporada por los seres vivos va decreciendo cuando pasa desde un eslabón a otro de las cadenas tróficas, pues aproximadamente el 80% y el 90% de esta energía es liberada al medioambiente en forma de calor, siguiendo un trayecto acíclico. Al contrario, la materia circula entre el medio biótico y abiótico y, por lo tanto, esta sigue un trayecto cíclico, es decir, es utilizada por los seres vivos para que lleven a cabo sus funciones vitales y es devuelta al medioambiente para que pueda reutilizarse.


1176

I


1.

En tu cuaderno, ordena las siguientes imágenes, formando una cadena trófica. Con flechas de diferente grosor, indica cómo circula la energía en ellas.

Herbívoro

Descomponedor

Camívoro

Sol

a. b.

Productor

Define qué es un organismo herbívoro, un camívoro, un detritívoro y un descomponedor. Establece cuál es la diferencia entre estos dos últimos tipos de seres vivos. Explica de qué manera circula la materia en esta cadena trófica.

2.

Investiga qué organismos realizan quimiosíntesis y organiza la información en un cuadro, considerando la fuente de energía, el hábitat, la disponibilidad de luz y la temperatura a la que realizan el proceso, para cada uno.

3.

¿Qué son los animales carroñeros y los omnívoros?

4.

Escribe tres ejemplos de consumidores herbívoros, carnívoros, omnívoros, descomponedores a un ecosistema de nuestro país.

'",

.

::::- I

EN

y carroñeros que pertenezcan

LA RED

Ingresa el código MB1177 Ypodrás poner a prueba tus conocimientos sobre los organismos autótrofos. No olvides revisar tus respuestas.

1177

I

Biología

2. Tramas tróficas en el ecosistema Los organismos que forman una comunidad se relacionan o interaccionan habitualmente entre sí, fundamentalmente al buscar alimento. En este sentido, las interacciones alimentarias provocan la transferencia de materia y energía entre los seres vivos, permitiendo que estos lleven a cabo sus funciones vitales y que en el ecosistema se recicle la materia.

Los productores inician el flujo de energía en los ecosistemas dejando a disposición de los consumidores la materia y la energía. En una cadena o trama trófica, los consumidores se pueden clasificar de acuerdo a ciertos criterios, por ejemplo, la posición que ocupan dentro de la cadena alimentaria y el orden en que reciben la energía a partir de los autótrofos.

En la naturaleza, las relaciones de depredación entre los seres vivos se producen constantemente y, para organizarlas y representar el flujo de energía y materia en los ecosistemas, los organismos se ordenan en cadenas tróficas, que son interacciones alimentarias simples entre un número reducido de seres vivos. Sin embargo, en la naturaleza esta relación es muy compleja, pues los consumidores pueden tener más de una presa, y por esta razón, para que la representación esquemática sea similar a lo que realmente ocurre en la naturaleza, se utilizan las redes o tramas tróficas, que muestran la relación que existe entre dos o más cadenas tróficas.

Fitoplancton

Zooplancton

I

_.. L ~

Pingüino Adelia

Según el orden en que reciben la energía los consumidores se clasifican en:

Pez

Consumidores primarios. Se denomina de esta forma a los herbívoros, que son los primeros que consumen la energía almacenada en los productores. Consumidores secundarios. Se refiere a los camívoros que se alimentan principalmente de animales herbívoros.

-dI-'

Consumidores terciarios. Se denomina de esta forma a los carnívoros que se alimentan de otros carnívoros. En algunos casos pueden ocupar también el nivel de consumidor cuaternario y son llamados superdepredadores.

Foca cangrejera

Depredadores tope. Se conoce de esta forma a los consumidores que, representados en interacción trófica, no tienen depredadores naturales. Ballena azul


,178,

Skúa


1.

En tu cuademo, ordena los organismos que aparecen en la trama trófica de estas páginas, según el orden en que reciben la energía y también en cuanto a su posición en la cadena trófica.

DATO Los parásitos son un tipo de consumidores que viven a expensas de otro ser vivo (hospedero), del cual se alimentan. Cuando se ubican en la superficie del cuerpo del huésped, se denominan ectoparásitos, por ejemplo, las conchuelas que se adhieren a los tallos y hojas de las plantas, y cuando están en el interior del huésped, como la lombriz solitaria que vive en el intestino de los animales, se denominan endoparásitos.

Pingüino emperador Calamar

Según la posición dentro de la cadena trófica los organismos pertenecen a alguna de las siguientes categorías: Primer nivel trófico. Corresponde a los productores, que captan la energía solar a través de la fotosíntesis o de la quimiosíntesis, y producen moléculas orgánicas.

Foca de Ross

Segundo nivel trófico. Se refiere a los herbívoros. Sin embargo, en algunas ocasiones los omnívoros también pueden ocupar este nivel. Tercer nivel trófico. Corresponde a los carnívoros o consumidores secundarios, que se alimentan de herbívoros.

Leopardo marino

Cuarto nivel trófico. A este grupo pertenecen los consumidores terciarios o carnívoros que consumen a otros carnívoros.

Orca

Los detritívoros y descomponedores son representados en todos los niveles tróficos, o generalmente al final de la cadena, recibiendo los nutrientes y la energía almacenados en los restos orgánicos de todos los miembros de la cadena.

11791

Biología

>

3. Productividad de un ecosistema

DATO

La caloría es una unidad de medida de la energíacalórica 1 caloríaequivalea laenergía necesariaparaelevar latemperatura del agua en 1°C.

En ecología se puede hablar de la productividad de un nivel trófico, de una comunidad o de un ecosistema en general. La productividad es una medida que hace referencia a la cantidad de energía que un ecosistema es capaz de aprovechar, es decir, la cantidad de energía transformada en moléculas orgánicas y almacenada en forma de biomasa, por unidad de superficie y en un tiempo determinado. Esta medición permite estimar la cantidad de vida que dicho ecosistema puede sostener y, entre otras clasificaciones, se puede distinguir entre productividad bruta y neta. La productividad bruta (PB) se refiere a la cantidad de energía que es captada por un nivel trófico, transformada en materia orgánica y almacenada en un área y tiempo determinados, tanto por el proceso de fotosíntesis como por la alimentación. La productividad neta (PN) es la cantidad total de energía captada por un nivel en un tiempo determinado, menos la energía utilizada en la respiración celular decir, es la energía que realmente se convierte en biomasa por unidad de tiempo puede ser aprovechada por otros niveles tróficos. La productividad neta se representar según la siguiente ecuación:

Asimismo, otra clasificación de productividad

Primaria Energía captada por los productores de un ecosistema mediante la fotosíntesis. Depende de la cantidad de luz, de los nutrientes, de la humedad y de la temperatura que presenta el ecosistema.

Productividad

..

.:

.'" ''1

trófico (R), es y que puede

es la siguiente:

Secundaria Energíacaptada por los consumidores del mismo ecosistema mediante la alimentación.

Productividad primaria bruta (PPB) Energía captada por los productores de un ecosistema, sin considerar la que consumen para llevar a cabo sus actividades metabólicas.

Productividad primaria neta (PPN) Energíacaptada por los productores en la fotosíntesis, menos la energía utilizada en sus actividades metabólicas, como la respiración celular. La energía almacenada en la PPN es utilizada por los consumidores para realizar sus funciones vitales; por lo tanto, cualquier cambio en la PPN afecta la productividad secundaria. La productividad primaria neta se puede medir en unidades de energía o de biomasa y se representa en la siguiente ecuación: PPN = PPB - R


,180,

UNIDAD 5 I La

1.

en los ecosistemas

El esquema muestra la productividad de un campo de hierbas. Estos organismos autótrofos incorporan la energía, pero parte de ella se difunde al ambiente en forma de calor. Luz solar: 471 xl 06 cal

Observa el esquema, calcula la productividad primaria neta del ecosistema y explica a qué se refiere este dato en este caso concreto.

Energía no utilizada: 46Sxl06 cal

Energía usada en la producción bruta: S,83x 106 cal

Energía usada en la respiración: O,876x 106 cal

2.

Observa los datos de la siguiente tabla y responde las preguntas. Tabla N° 3: Productividad primaria promedio de diferentes ecosistemas

PPN (g/m2/año)

Ecosistema Océano abierto.

125

Lechos de algas y arrecifes.

2.500

Lagos y arroyos.

250

Bosque tropical.

2.000

Bosque templado.

1.250

Bosque y matorral.

700

Pradera graminosa tropical

900

Pradera graminosa templada.

600

Tundra y región alpina.

140

Matorral desértico y semidesértico.

90

Tierra agrícola.

650

Fuente: Adaptación de Curtis, H. Biología. Madrid: Editorial Médica Panamericana, 2006.

a. Grafica los datos en tu cuaderno. b. ¿Puedes establecer diferencias entre la productividad de los ecosistemas terrestres y acuáticos? c. ¿Cuáles son los ecosistemas que presentan mayor productividad?, ¿por qué se producirá esta alta productividad? d. Dibuja una silueta de nuestro país y, de acuerdo a sus ecosistemas y a los datos presentados en la tabla, establece un mapa aproximado de los diferentes niveles de productividad primaria que se pueden observar. Concluye cómo afectan estos niveles a la actividad humana en las distintas zonas de Chile.

,1811

Biología

4. Traspaso de energía En las interacciones tróficas, la energía fluye por los diferentes niveles siguiendo un recorrido determinado que va desde los productores a los consumidores primarios, secundarios, terciarios y, finalmente, hasta los organismos detritívoros y descomponedores. Sin embargo, los consumidores no reciben toda la energía captada por los productores y esta disminución en la cantidad de energía disponible se debe principalmente a tres factores. Estos son:

•

Actividades metabólicas. Todos los seres vivos que participan en una relación trófica consumen parte de la energía que captan del eslabón anterior para renovar sus tejidos, desarrollarse y reproducirse, entre otras actividades.

Si comparamos la composición nutricional de la carne y los vegetales,podremos observarque la carne es mucho másconcentrada en nutrientes que los vegetales.Esto indicaríaque los carnívoros presentan una mayor productividad que los herbívoros;sin embargo, los carnívoros invierten mucha energía en la búsqueda de sus presas,en desmedro de su productividad; por lo tanto, la productividad de ambos grupos es equivalente.

•

Partes no digeribles. La mayoría de los consumidores no asimilan todas las estructuras que ingieren. Por ejemplo, plumas, dientes o huesos no son aprovechados por los camívoros, y los herbívoros no asimilan las partes leñosas de las plantas ni la celulosa.

Calor. Gran parte de la energía que es captada por cada nivel trófico se disipa al ambiente en forma de calor. Esta energía no se pierde, sino que se transforma: cuando el organismo se desplaza, rompe los enlaces químicos de las moléculas que le proporcionan energía; una parte de esta energía se transforma en energía cinética que le permite moverse, y otra parte en energía calórica que se difunde al ambiente.

La energía se transfiere generalmente con una eficiencia del 10%, es decir, cuando se lleva a cabo la fotosíntesis, solo un 10% de la energía es asimilada por los productores y, del 90% restante, una parte es utilizada por este eslabón de la cadena trófica para la formación de tejidos y otra parte se libera al ambiente como energía calórica. Por lo mismo, la energía disponible va disminuyendo, dado que cada eslabón puede utilizar alrededor de un 10% de la energía contenida en el eslabón anterior. Esta forma de traspaso de energía se conoce como la ley del1 0%. Sin embargo, este valor es utilizado como una medida aproximada, ya que en los ecosistemas reales la productividad presenta amplios rangos de variación, de acuerdo a las condiciones ambientales y a los seres vivos que interactúen. Hierba (1.000 calorías)


•

Escarabajo (100 calorías)

í l

Lagartija (10 calorías)

I j

Zorro (1 caloría)


Pirámides tróficas Las pirámides tróficas se utilizan para representar las relaciones alimentarias y el traspaso de energía entre los seres vivos que componen sus escalones. Las pirámides se organizan de acuerdo a la cantidad de energía que presenta cada eslabón de la cadena trófica, dejando a los que tienen mayor cantidad de energía, los productores, en la base de la pirámide. Los niveles siguientes reciben menor cantidad de energía y se ubican en los sectores más angostos de la pirámide, como los consumidores primarios y secundarios. Finalmente, en la cúspide de la pirámide se encuentran los seres vivos que reciben menor cantidad de energía, que pueden ser los consumidores terciarios. Pirámide de energía Existen muchas pirámides tróficas para representar la transferencia energética; la más utilizada es la pirámide de energía, que expresa la cantidad de energía disponible en cada nivel trófico en calorías (cal) o kilocalorías (Kcal).

Consumidores

24 Kcal/rn? por ano

-

terciarios Güina

Consumidores

469 Kcal/rn? por ano

secundarios

Carpintero

Consumidores

4.126 Kcal/rnpor ano

-

primarios

Larva

25.471 Kcal/m? por ano

Productores

-

Fuente: Adaptado de www.biocab.org

1183

I

Biología

Pirámide de biomasa En este tipo de pirámide se representa el flujo de energía en la cadena trófica a través de la cantidad de biomasa presente en cada nivel trófico. La biomasa indica la cantidad de materia seca total, en un volumen y tiempo determinados. En este tipo de pirámide, así como en las de energía, por lo general se observa que, a medida que avanzan los niveles tróficos, disminuye la biomasa que reciben los organismos. Suponiendo que esta disminución energética sigue la ley del 10%, si los productores dejaran a disposición de los consumidores primarios 10.000 g/m2 de biomasa, ellos utilizarán 1.000 gjm2. A su vez, los consumidores secundarios aprovecharán 100 gjm2 y, de acuerdo a este patrón, llegarían 1Og/m2 de biomasa a los consumidores terciarios (Pirámide A).

Sin embargo, existen ecosistemas que tienen mayor número de consumidores primarios que de productores; por lo tanto, la pirámide de biomasa se puede representar invertida. Por ejemplo, el fitoplancton es un alga que presenta una alta tasa de crecimiento poblacional comparada con la de sus depredadores, el zooplancton, y por esta razón una pequeña biomasa de fitoplancton puede abastecer a una gran biomasa de zooplancton (Pirámide B).

Peso seco (gramos por m2)

Carnívoros

0,1

Lechuza

0,6

Herbívoros Ratón

470

Productores

Pirámide A

Peso seco (gramos por m2)

Herbívoros

21 Zooplancton

Productores

4

Pirámide B Fitoplancton Fuente: Adaptado de Curtis, H. Biología. Uruguay: Editorial Médica Panamericana, 2006.



Pirámide de número Este tipo de pirámide muestra el número real de seres vivos que

Por lo tanto, se produce una pirámide distorsionada en su forma

existen en cada nivel trófico en un tiempo y superficie determi-

y un tanto confusa en cuanto a la información

nados. Son menos útiles que las anteriores, ya que no propor-

energético de cada nivel trófico, ya que, dado que los consumi-

cionan información

dores de un nivel trófico reciben una baja cantidad de energía,

de la energía ni de la biomasa presente en

real del aporte

las interacciones de los niveles tróficos, y pueden o no tener

deben estar en búsqueda constante de alimentación. Y así, por

forma piramidal. Por ejemplo, las hojas de un solo árbol sirven

ejemplo, los animales carnívoros gastan mucha energía en bus-

de alimento para miles de insectos y, entonces, si observamos

car y capturar su alimento, por lo que, para completar

y contabilizamos la cantidad de individuos por metro cuadrado,

querimientos

solo hay un productor

sus re-

energéticos tienen que consumir muchas presas.

y miles de consumidores, a pesar de que

el árbol presenta una biomasa mucho mayor que los insectos.

Consumidores terciarios

f

Queltehue


Aguilucho

I

-. Consumidores secundarios

Consumidores secundarios Araña pollito

\-

-

Consumidores

Consumidores

pnmanos

pnrnanos

.

.

Langosta

Productores

Productores

Número de individuos

Número de individuos

Pasto

Fuente: Adaptado de Curtis, H. Biología. Uruguay: Editorial Médica Panamericana, 2006.

, •

Busca información sobre las cadenas tróficas presentes en un ecosistema de tu región y represéntalas utilizando las pirámides de energía, de biomasa y de número. Compara tus pirámides con las representaciones

-

companeros

-

de otras cadenas hechas por tus

y companeras.

11851

Biología

Evaluación de roceso

1 Observa

la siguiente trama trófica y responde las preguntas en tu cuaderno.

Araña pollito

Saltamonte

M anns. \

Chinita Grillo rojo

Escarabajo

Zarzamora

a. b. c. d. e.

2

¿De qué manera obtienen la energía los organismos presentes en esta trama trófica? ¿Cuántas cadenas tróficas forman esta trama? ¿Cuáles son los depredadores tope que constituyen esta trama trófica? ¿Cuál es el nivel trófico que presenta mayor cantidad de energía? Elabora una pirámide de número con estos seres vivos.

De un ecosistema fluvial se obtuvieron los siguientes datos:

• •

Productividad primaria bruta (PPB) = 20.810 Kcal/rrr' laño. Gasto por respiración de los productores (R) = 11.970 Kcallm2/año.

a. Calcula la productividad primaria neta (PPN) del ecosistema. b. De acuerdo a la PPN de los productores, calcula, según la ley del 10%, la cantidad de energía útil para cada eslabón de este ecosistema. Dibuja una pirámide que esquematice

c.

3

el traspaso real de energía en cada nivel trófico,

Ordena, uniendo con flechas, a los productores

y consumidores de acuerdo a su posición en la pirámide energética

y a la energía que pueden entregar. •

:

·,

•, , • , ,•

Productor

•

. . .. ... ..... . . . . . . . . . . .. .. . .. .0

.......

,,O ••••••

·

"

•

10 Kcal o ••


.. .. ..'·

. ... ..............

....... . ....• ·• ··· Carnívoro 2° ,•· .,'

,

•·• ·

o'··· . .. .. . ... ..... ..... .........

,

•• 0,

oo' •

· .. "

10.000 Kcal

..

Hervíboro , • ........ . ..... .... . . .. .......... .. . ,, .' . · 100 Kcal ·• .. .'. , ,

,

-.:

,

·

•, , ••

,

'

1186

",

I

.. ., .. . . ... Carnívoro 1° .... . .' 1.000 Kcal .-, •

"

••

·,·· ··

,

.... . " '

. .·• ,

,


Reviso •



DESCRIPTOR:

PREGUNTA

PUNTAJE

¿QUÉ DEBES HACER?

Conocer las diferencias entre la obtención

de nutrientes de

organismos autótrofos

la

y

heterótrofos. Comprender

Si obtuviste menos de 4 puntos, realiza la actividad

los mecanismos que

permiten el flujo de energía a través de cadenas y tramas tróficas en un

1.

1 b, c y d

ecosistema. Comprender producción productividad

la relación entre la primaria neta

y la

Si obtuviste menos de

2ayb

primaria bruta de

3

puntos,


,

energia. Reconocer las pirámides de número, masa y energía, como una forma de descripción cuantitativa de las cadenas

y tramas


1 e, 2 c y 3


tróficas.


1. Busca

y pega en tu cuaderno imágenes de un organismo autótrofo

alimentan, qué características estructurales

les permiten

y de uno heterótrofo.

ese tipo de alimentación.

Describe de qué se

Explica con qué otros

organismos se relacionan en un ecosistema. Actividad

2. Elabora en tu cuademo un esquema que ilustre la relación entre la productividad

y los seres vivos que forman parte

de un ecosistema. Actividad

3. Dibuja en tu cuaderno

una pirámide

de número,

una de biomasa y una de energía. Compara

sus semejanzas

y diferencias.

1187

I

Biología

5. Ciclos biogeoquímicos La energía sigue un recorrido unidireccional a través de las cadenas y tramas tróficas en los ecosistemas. La materia fiuye en forma cíclica, entre el medio biótico y abiótico, a través de los ciclos biogeoquímicos, cambiando su estado y organización. Las sustancias que participan en estos ciclos se transfieren entre los seres vivos: productores, consumidores y descomponedores, y la litosfera, la hidrosfera y la atmósfera. Las sustancias que participan en los ciclos biogeoquímicos pueden ser agua, fósforo, carbono y nitrógeno, entre otras. Una forma de clasificar los ciclos biogeoquímicos es según el lugar donde circulan las sustancias. Por ejemplo, los elementos sedimentarios, como el azufre y el fósforo, circulan esencialmente por la litosfera, por los seres vivos y por la hidrosfera; y la reutilización de los elementos de estos ciclos generalmente es muy lenta (años), ya que pasan a formar parte de estructuras geológicas como las rocas. Por el contrario, los ciclos gaseosos del carbono, oxígeno y nitrógeno, circulan por la atmósfera y los seres vivos, y se reciclan en muy poco tiempo (días-horas).

,,~b

-

Condensación. El agua en forma de gas sube a la atmósfera y comienza a enfriarse, transformándose en pequeñas gotas que pasan a formar parte de las nubes.

Precipitación. Cuando las nubes , ",,\\~ han acumulado muchas gotas de agua, se saturan, y esta vuelve a la " tierra como lluvia.

"

Evaporación. El ciclo del agua parte con la evaporación de las aguas superficiales de los ríos, lagos , y oceanos.

Ciclo del agua El agua es el componente principal de todos los seres vivos y es fundamental para el sustento de la vida. En la naturaleza se encuentra circulando constantemente, formando parte de los ríos, lagos, mar, nubes y de los seres vivos. Esta circulación de agua en los ecosistemas se denomina ciclo del agua o ciclo hidrológico. A pesar de que el agua está moviéndose continuamente, la cantidad de agua del planeta se mantiene invariable desde que se formó la Tierra. En los ecosistemas se puede encontrar en los estados líquido, gaseoso y sólido, producto de diferentes cambios de estado.


T ranspiración. Todos los seres vivos participan en este proceso, que también permite la evaporación del agua hacia la atmósfera. Por ejemplo, las plantas absorben por las raíces el agua subterránea, esta fluye por el tallo y se evapora por las hojas y flores; los animales devuelven agua al ambiente a través de la transpiración y también lo hacen con la excreción de orina y con la espiración de vapor de agua.


..

.~ ~

'

•

,

'l.,

.'

" " ~. f" ... " . .,., "

~.. . .'

•••••••

• •• ~. ,. ,

...

~

Solidificación. Si el ambiente presenta una baja temperatura, el agua contenida en las nubes se solidifica y baja en fonrna de granizos o nieve.

•••

~

... ~#, 1.

~"¡f#.'. · .~ •. »:

~

"

....-

#

#

.,11>

.'

.:.

.

••

(..

-

'...

•••• '.. . ·-c •

.

...:t

~

•

~

.

•

."

•.. .•.•"." •

.

, •

•

•

Escorrentía. Parte del agua que se precipita o cae en fonrna sólida vuelve a fonrnar parte de las aguas superficiales. Este movimiento de agua se denomina escorrentía, y penrnite la circulación del agua que ha quedado en la superficie de la tierra, hasta los ríos y finalmente a los océanos.

Percolación. Se refiere a la otra parte del agua que ha sido absorbida por el suelo, fonrnando reservas de agua subterránea, conocidas como napas. El agua contenida en las napas subterráneas presenta mayor grado de pureza, debido a que es filtrada a través del suelo.

11891

Biología

Ciclo del fósforo Este elemento forma parte esencial de todos los seres vivos, pues constituye la estructura de los ácidos nucleicos, como el ADN y el ARN, que portan y transmiten la información genética. Además, es el componente principal del ATP (molécula que almacena energía) de algunas proteínas, y forma parte de la membrana plasmática y de los huesos y dientes en animales. En las plantas, su concentración es baja; sin embargo, es un elemento importante para que se lleven a cabo los procesos metabólicos.

Los productores absorben el fósforo inorgánico y lo transforman en moléculas orgánicas. En las cadenas tróficas, el fósforo absorbido por los productores queda a disposición de los consumidores.

-

Los peces que se alimentan de plancton son presas de las aves . marinas.

El fósforo forma parte de los componentes geológicos, constituyendo las rocas y el suelo. Para que pueda ser reutilizado, se extrae de las rocas a través de la meteorización, es decir, de la desintegración de la roca por su exposición a agentes atmosféricos (humedad, temperatura) y biológicos (descomponedores).

.. Al morir los seres vivos, los descomponed ores devuelven el fósforo inorgánico al suelo para que los productores lo puedan absorber.


190

I

UNIDAD 5

I

La energía en los ecosistemas

Parte del fósforo que es arrastrado hacia el mar se absorbe por el plancton, productores que forman la base de las cadenas tróficas . mannas.

Las heces de las aves, que se encuentran generalmente sobre las rocas, constituyen depósitos de fósforo que vuelven a la superficie terrestre .

.. - . . ~

También el fósforo es reutilizable por medio de las cenizas volcánicas, forma en la que es absorbido por las plantas o arrastrado por el agua de los ríos hasta llegar al fondo del mar, donde vuelven a unirse las moléculas de este elemento hasta formar rocas que emergen a la superficie, quedando nuevamente reservas de fósforo disponibles.

DATO Cuando las aguas de un ecosistema acuático tienen un exceso de nutrientes se produce la eutrofización. Estos ecosistemas normalmente tienen una biomasa limitada, que se da por la baja cantidad de algunos elementos químicos. Sin embargo, cuando se produce la eutrofización, los seres vivos crecen y se reproducen en extremo; por lo tanto, al morir y comenzar su proceso de descomposición producen mal olor, deteriorando

la

calidad del agua y consumiendo gran parte del oxígeno disuelto en ella, lo que trae como consecuencia la destrucción del ecosistema.

11911

Biología

Ciclo del carbono y del oxígeno El carbono es el principal componente de las moléculas orgánicas, como lípidos, hidratos de carbono y proteínas, que son esenciales para el buen funcionamiento de los seres vivos. Asimismo, el oxígeno forma parte de algunas moléculas orgánicas e inorgánicas y es esencial para la respiración de los organismos, por lo que sin este elemento no podría existir la vida.

Los combustibles fósiles son productos no renovables de la descomposición de restos orgánicos que se depositaron en el fondo de ríos,océanos y lagos y que han sido revestidos por muchas capas de sedimentos, material sólido que ha sido arrastrado por corrientes y se ha depositado en el fondo de estos cuerpos de agua.Estos combustibles tardan muchísimos años en formarse, y entre ellos encontramos el petróleo, el carbón y el gas natural, que son utilizados actualmente para obtener energía en actividades domésticas, transporte y procesos industriales.

Fotosíntesis. Los autótrofos utilizan el CO2 (dióxido de carbono) para sintetizar sus nutrientes (glucosa) y liberan O2 (oxígeno) a la atmósfera.

Combustión. A través de este proceso también se devuelve el carbono a la atmósfera,en forma de CO2. En este tipo de reacción química, el oxígeno actúa como reactante y el dióxido de carbono como producto. La combustión se produce en incendios forestales,en el uso de petróleo o de gasnatural, en laserupciones volcánicas,entre otras situaciones.

1.

La cantidad de carbono en la atmósfera, formando el CO2, es de 755.000 millones de toneladas métricas; el disuelto en el océano es 38.000; 450 a 600 en los organismos terrestres; 3 en los marinos y 10.000 en los combustibles fósiles recuperables. El incremento anual de carbono atmosférico es de 3.000 millones de toneladas métricas. Grafica estos datos en tu cuaderno y responde las preguntas.



Cadenas tróficas. El carbono que es captado por los organismos autótrofos pasa a formar parte de sus tejidos a través del proceso fotosintético. Cuando los consumidores se alimentan de los productores, obtienen indirectamente este elemento y lo utilizan para formar sus estructuras.

Respiración celular. A través de este proceso, los seres vivos aeróbicos utilizan el oxígeno y la glucosa para obtener su energía. Otro producto de esta reacción es el dióxido de carbono, que es devuelto al medioambiente.

Descomposición. Otra manera en la que el carbono es devuelto al ambiente es a través de la descomposición de los organismos muertos, de los desechos y de restos orgánicos, a través de la acción de los descomponedores, hongos y bacterias. Una parte de este carbono es depositado en el suelo y la otra es liberada al ambiente en forma de CO2.

a. b. c. d.

Indica los tres lugares donde se puede encontrar mayor cantidad de carbono. ¿Son medios abióticos o bióticos? ¿Qué relación existe entre el contenido de carbono de los seres vivos y el de los medios abióticos? ¿Cómo se produce el incremento de carbono atmosférico? Investiga sobre las causas y consecuencias del calentamiento global y cómo se relaciona con el ciclo del carbono.

1193

I

Biología

Ciclo del nitrógeno Además de constituir alrededor del 70% de los gasesque forman la atmósfera, el nitrógeno es un elemento muy importante para los seres vivos, pues constituye la estructura de los aminoácidos, unidades básicas de las proteínas. Asimismo, el nitrógeno forma parte de las bases nitrogenadas, compuestos orgánicos que constituyen la estructura de los ácidos nucleicos.

Fijación del nitrógeno. El proceso de fijación se refiere a la combinación del nitrógeno con hidrógeno u oxígeno, lo que permite que los seres vivos lleguen a utilizar el nitrógeno atmosférico en sus procesos metabólicos. Para que esto ocurra, el nitrógeno gaseoso (N2) debe ser transformado en amoníaco (NH3) o amonio (NH4 +). En la fijación del nitrógeno participan las llamadas bacterias fijadoras de nitrógeno, microorganismos presentes en los medios acuático y terrestre, que pueden ser de vida libre o vivir ligados a las raíces de las plantas, como las bacterias del género Rhizobium, que se asocian con las leguminosas. Existen además otras maneras de captar el nitrógeno atmosférico y fijarlo en forma de nitrato (N 03-); por ejemplo, mediante procesos geológicos como el volcanismo y las descargas eléctricas, y por medios químicos industriales.

Desnitrificación. Este proceso consiste en la reducción del nitrato a nitrógeno gaseoso, devolviéndolo a la atmósfera. Se lleva a cabo continuamente por la acción de las bacterias desnitrificantes, que realizan el proceso contrario al de las bacterias fijadoras y nitrificantes, en condiciones anaeróbicas.

Asimilación. El nitrato que quedó disponible en el suelo luego de la nitrificación es absorbido por los productores, que lo utilizan para sintetizar sus nutrientes en el proceso de fotosíntesis. En las cadenas tróficas, por lo tanto, los consumidores reciben indirectamente este aporte de nitrato.


A pesar de que este elemento es fundamental para los seres vivos, la mayoría de los organismos no pueden captar el nitrógeno atmosférico y se utiliza solamente una pequeña parte, que se encuentra en el suelo.


¡~l·{1

DATO

Las bacterias del género Rhizobium, que viven asociadas a las leguminosas, utilizan la enzima nitrogenasa químicos del nitrógeno

e incorporando

para fijar el nitrógeno, rompiendo

oxígeno. Debido a que la nitrogenasa necesita un medio anaeróbico

los enlaces

para fijar el oxígeno, forma nódulos en

las raíces de las leguminosas.

Amonificación. La mayoria del nitrógeno que se encuentra en el suelo es producto de la descomposición de seres vivos o de sus desechos (pelos, plumas, hojas, fecas, etcétera). Esta función es llevada a cabo por los descomponedores, hongos y bacterias que viven en el suelo y que, mediante esta acción, producen sus propias moléculas y liberan el exceso de nitrógeno en forma de amoníaco o amonio que se deposita en el suelo.

Nitrificación. Se refiere a la oxidación del amoníaco o amonio por parte de algunas bacterias presentes en el suelo. Primero, el amoníaco y el amonio son transformados en nitritos (N02') a través de las bacterias nitrosantes, en un proceso que recibe el nombre de nitrosación, y luego, como el nitrito es tóxico para algunas plantas, es oxidado a nitrato por la acción de las bacterias nitrificantes, en un proceso denominado nitratación.

11951

Biología

DATO Algunos plaguicidasbioacumulablesson el DDT (de uso prohibido en muchospaíses), loshidrocarburos,el pentaclorofenol,loscompuestos organoclorados,el lindano (usado en nuestro paíspor muchosañosparaeliminarlos piojos),el mercurio y los metalespesadoscomoel plomo,vanadio,cadmio,cromo, zinc,níquel,manganeso,entre otros.

6. Amplificación biológica o bioacumulación A través del consumo de alimentos, los diversos organismos satisfacen su constante necesidad de energía. Sin embargo, la pobre transferencia energética desde un nivel trófico a otro obliga a los consumidores a alimentarse de numerosas presas o de gran cantidad de biomasa. Bajo condiciones naturales, esto no tiene ninguna consecuencia negativa para los organismos consumidores; sin embargo, para aquellos que se alimentan en sistemas agropecuarios y se ven afectados por el uso de pesticidas, plaguicidas u otros químicos tóxicos, esto puede ocasionar graves problemas a su salud y, por lo tanto, a la salud de todo el ecosistema. El fenómeno de la amplificación biológica o bioacumulación es el proceso por el cual los organismos que viven en un medio que presenta una relativamente baja concentración de alguna sustancia química, llegan a acumularla en sus tejidos vegetales o animales, debido a que no pueden metabolizarla, y luego, cuando este organismo es parte de la dieta de otro, aumenta la posibilidad de que se acumule en los otros componentes de las cadenas tróficas. Como los depredadores necesitan gran cantidad de presas, las concentraciones de estos contaminantes son crecientes a medida que se avanza en el nivel trófico que ocupan en la trama alimentaria. Desde hace varias décadas, el ser humano ha utilizado diversos compuestos químicos como plaguicidas. Estas sustancias son utilizadas para matar, repeler, regular o interrumpir el crecimiento de seres vivos que son considerados plagas, incluyendo insectos y hierbas, entre otros, y que pueden destruir los sembradíos y propagar enfermedades. En un principio, los plaguicidas fueron recomendados por sus excelentes propiedades en el control de plagas agrícolas e incluso por erradicar de algunas áreas tropicales al mosquito transmisor del paludismo, una enfermedad tropical que puede causar la muerte. Sin embargo, muchos plaguicidas resultan tóxicos para el medioambiente, pues presentan dos características que los hacen muy peligrosos: estas sustancias no son biodegradables, es decir, no pueden ser degradadas por los organismos descomponed ores y se acumulan en el ambiente, sobre todo en el suelo y en el agua. Además, son sustancias solubles en grasas pero no en agua; por lo tanto, se acumulan en la grasa del cuerpo de los animales y no pueden ser eliminados por la orina. El uso de plaguicidas es la solución a muchos de los problemas que enfrentan los agricultores para responder a las necesidades alimentarias de la población. No obstante, la eliminación de insectos considerados como plagas agrícolas ha alterado la estructura de las tramas tróficas del lugar y, cada vez que un plaguicida es aplicado sobre una plantación, ya sea para eliminar plagas de insectos o malezas perjudiciales, una parte de este es depositado en el suelo, desde donde es absorbido por las plantas a través de las raíces. Como estos compuestos químicos no pueden ser eliminados por la planta, pequeñas cantidades son almacenadas en sus tejidos y otra porción importante es arrastrada por las aguas de regadío o por la lluvia hacia los ríos y lagos cercanos, donde se acumula y es absorbido por el fitoplancton y el zooplancton.



Cuando los herbívoros se alimentan de estas plantas, estos consumidores incorporan no solo la materia orgánica que los alimenta, sino también el plaguicida, que ahora es acumulado en el cuerpo del animal. Como la transferencia de energía entre un nivel trófico y otro no es completamente eficiente, los herbívoros deben comer grandes cantidades de biomasa vegetal y posteriormente los carnívoros deben consumir aún mayores cantidades de biomasa animal para satisfacer sus necesidades de alimentación. De esta forma, las sustancias químicas alcanzan concentraciones mucho más elevadas en la grasa del cuerpo de los animales que en el medioambiente y así se acumula plaguicida en todos los niveles de una trama alimentaria. Como los organismos que ocupan niveles tróficos altos generalmente viven más tiempo, a lo largo de su vida pueden acumular un gran número de sustancias dañinas. Dependiendo del tipo de sustancia química, la acumulación se puede producir en fuentes abióticas: suelo, aire yagua, o depositarse sobre el exoesqueleto de los insectos o el pelaje o las plumas de los restantes animales; o en fuentes bióticas: otros organismos vivos, durante la alimentación. Aquellos organismos que absorben del ambiente determinadas sustancias, como metales pesados, compuestos químicos tóxicos, contaminantes o elementos radiactivos, y las almacenan en el interior de sus propios tejidos sin poder eliminarlas mediante procesos metabólicos, son conocidos como organismos bioacumuladores.

Contaminación ambiental Objetivo •

Conocer la cantidad de sustancias tóxicas que se han acumulado en un grupo de seres vivos que forman parte de una cadena trófica, en un ecosistema lacustre. Una industria derramó sus desechos en un lago cercano. Las autoridades de la región solicitaron a un grupo de biólogos realizar un estudio ecológico para constatar las consecuencias de dicho problema. Este estudio arrojó los siguientes resultados: Tabla N° 4: Contaminación

de un ecosistema lacustre

,

Organismo

Acumulación

en ppm

/

Aguila pescadora

25

Peces grandes

2

Peces pequeños

0,5

Zooplancton

0,04 0,003

Agua

1.

2. 3. 4.

Fuente: Archivo Editorial.

¿Cuál es el problema de esta investigación? Explica por qué el zooplancton tiene menos acumulación de sustancias tóxicas que el águila pescadora. ¿Qué consecuencias puede provocar la contaminación del medioambiente con productos tóxicos? Explica. Cuando se construyen industrias que pueden contaminar el agua, generalmente las personas se oponen, a pesar de que la industria se ubique lejos de sus hogares. Argumenta tres razones para esta oposición.

1197

I

Biología

Bioindicadores: indicadores de la calidad ambiental Entre los organismos bioacumuladores

se encuentran algunas especies que no toleran

la presencia de ciertas sustancias, ya que estas son nocivas para su desarrollo.

Estos

organismos vulnerables a estos cambios son utilizados para evaluar el grado de contaminación

de los ecosistemas y se les conoce como organismos

Estos organismos ayudan a determinar el ecosistema, o las comunidades

si algún elemento contaminante

bioindicadores. o dañino para

biológicas que lo habitan, se encuentra presente en

el ambiente, o lo estuvo en el pasado. La acción de los organismos bioindicadores presentan requerimientos

es posible debido a que todas las especies

relacionados con las características físicas, químicas y de es-

tructura del lugar que habitan, así como con las relaciones que establecen con otras especies, por ejemplo las relaciones tróficas. De esta manera, cada especie muestra límites de tolerancia donde pueden desarrollarse satisfactoriamente: límites amplios para la sobrevivencia, límites intermedios para crecer y límites más estrechos para reproducirse. En general, cuanto más estrechos sean los límites de tolerancia de una especie (que la curva sea más angosta), mayor será su utilidad como indicador ecológico, pues, por su intolerancia a las condiciones del medio, reaccionará rápidamente frente a los contaminantes: primero su reproducción

se verá limitada, disminuyendo

grantes de la población, luego limitará su crecimiento

el número de inte-

y cada individuo será de menor

talla y, en el peor de los casos, los organismos indicadores morirán, desapareciendo del área contaminada.

Gráfico N° 1: Ejemplo de los límites de tolerllrrcia

-

Fuera de los límites de tolerancia

Sobrevivencia

Fuente: Bogon, M., T ownsend, Santillana Bicentenario

e., y Harper, J. Ecology: From individuals to ecosystems.

Wiley - Blackwell Published. 2006.


Las especies bioindicadoras deben ser, en general, abundantes, muy sensibles a las nuevas condiciones del ambiente, con poca movilidad para que no se desplacen a otras áreas antes de poder estudiar el efecto de la sustancia contaminante, y fáciles de identificar. Por otra parte, se debe conocer muy bien su ciclo biológico, y haber realizado pruebas de laboratorio para establecer los límites de tolerancia de la especie a una sustancia, o a una mezcla de ellas, mediante ensayos de toxicidad. Diversos tipos de plantas y animales pueden ser utilizados como bioindicadores. Los más utilizados son los líquenes y musgos, algunos tipos de insectos y diversos microorganismos acuáticos, como algas, bacterias y protozoos que forman parte del plancton. En algunas situaciones pueden utilizarse especies ampliamente tolerables como organismos bioindicadores. En estos casos, la reacción de la especie a las nuevas condiciones ambientales será un aumento en el número de individuos presentes, y esto puede ocurrir, por ejemplo, en condiciones de eutrofización, es decir, cuando aumenta notablemente la cantidad de nutrientes en un ambiente. Los efemerópteros son insectos que actúan como bioindicadores.

En 1956, en Minamata, Japón, se detectó el brote de una extraña enfermedad que atacó a animales silvestres, mascotas, e incluso a seres humanos, con síntomas como descoordinación del movimiento, alteración sensorial en manos y pies, deterioro de la vista y el oído, debilidad y, en casos extremos, parálisis y muerte. Ese año murieron 46 personas y en la siguiente década se contabilizaron más de 400 casos con problemas neurológicos y 11 1 víctimas fatales, e incluso mujeres que no presentaban ningún síntoma daban a luz niños gravemente afectados. En 1968, el Gobierno japonés anunció oficialmente que la causa de la enfermedad era el consumo de pescados y mariscos contaminados con mercurio que había sido vertido al mar por una empresa petroquímica. Hasta el año 2001 se habían diagnosticado 2.955 cosos de la enfermedad de Minamata, síndrome neurológico grave y permanente causado por el envenenamiento por mercurio.

En tu cuaderno, responde las siguientes preguntas:

1. 2. 3. 4. 5.

¿Qué características presentan los compuestos que experimentan amplificación biológica? ¿Enqué nivel trófico son más graves los efectos de la bioacumulación?, ¿por qué? ¿Qué tipo de organismos pueden ser monitoreados para evitar casos como la enfermedad de Minamata? Ejemplifica. ¿Qué crees que sucede en los campos chilenos, donde se utilizan constantemente diversos tipos de plaguicidas? Averigua cuáles son los efectos de los plaguicidas actuales para la salud de lastramas tróficas, el ambiente y para el ser humano.

11991

Biología


Reducir, reciclar y reutilizar Explorar el problema ¿Te has fijado alguna vez en qué contiene el basurero de tu casa? No es muy agradable, pues se encuentra sucio, huele mal y algunas veces escurre de él un líquido pestilente. Pero si miras con más cuidado, te darás cuenta de que en realidad gran parte de esa basura es limpia. Sí, leíste bien, gran parte de los residuos que generamos en nuestras casas es basura limpia y puede ser reutilizada y reciclada. Uno de los mayores

problemas

que deben enfrentar

las

grandes ciudades en la actualidad es el retiro; transporte y disposición final de los residuos domiciliarios; en otras palabras, el qué hacer con la basura que generamos en casa. Cada año, la población que habita en las grandes ciudades aumenta, lo que significa que también se incrementan las industrias, fábricas y otros centros

proveedores

de servicios, generando

mayor cantidad de residuos y provocando

un gran problema

para nuestro ecosistema. Actualmente,

se elimina por persona aproximadamente

casi

un kilogramo de basura al día en la Región Metropolitana.

Una

parte importante

de la basura está compuesta por elementos

que no se descomponen

fácilmente, demorando

años o in-

cluso siglos en degradarse. Por ejemplo, los plásticos tardan alrededor

de 500 años; el aluminio, de 350 a 400 años; el

papel de tres semanas a dos meses, y el vidrio presenta un tiempo

indefinido

para su degradación. Depositar

este tipo

de residuos en los vertederos aumenta considerablemente volumen

Los vertederos constituyen zonas de gran contaminación ambiental, pues se Pierden terrenos que podrían albergar ffora y fauno, se provoco el aumento de plagas y molos olores, y ademós se produce percolación, que puede contaminar los napas de aguo subterrónea.

el

diario de basura que una ciudad de gran tamaño

Gran parte de los elementos que componen la basura pueden ser reutilizados o reciclados, es decir, es posible recuperar materiales útiles para utilizarlos por segunda vez y evitar que se acumulen en exceso. Estas ideas forman parte de lo que en la actualidad se conoce como cultura ecológica, es decir, producir bienes y servicios sin dañar el medioambiente.

puede eliminar y, al tardar tanto tiempo en alcanzar un nivel de degradación óptimo, se pueden colapsar los vertederos en pocas décadas, provocándose

el problema

adicional

de

disponer de otros terrenos donde se puedan construir nuevos vertederos.


1200

I


En la cultura ecológica, la mejor forma de manejar los residuos es a través de la regla de las "tres erres". Esta incluye, en orden de importancia, los tres principales términos o ideas a considerar en la solución de este tipo de problemas: reducir, reutilizar y reciclar.

•

Reducir se refiere a la idea de producir la menor cantidad de desechos posible en nuestras casas e industrias y generar productos sin contaminantes, biodegradables o que produzcan menos impacto ambiental. Algunas maneras simples en que podemos reducir los desechos es utilizar menos bolsas plásticas en las compras y remplazarlas por bolsas de tela, elegir productos que sean de materiales reciclables y utilizar envases retomables y no desechables.

•

Reciclar consiste en usar algunos tipos de residuos como materia prima para la fabricación de nuevos objetos útiles para el ser humano. Un ejemplo común es el reciclaje de papel, cartón, vidrio, latas de aluminio y otros metales. También se reciclan los restos de comida o basura orgánicos, como cáscaras de frutas y verduras, huesos, entre otros, que se utilizan para hacer compost.

•

Reutilizar es volver a usar un objeto varias veces o darle otros usos, con el fin de alargar su vida útil, produciendo menor cantidad de basura y utilizando menos materias primas para fabricarlos. Una manera de reutilizar es preferir las botellas de vidrio retomables, pilas recargables o usar los tarros de café o leche como maceteros o para guardar objetos como lápices, hilos o botones. También se pueden utilizar los neumáticos viejos en la construcción de casas o juegos para niños .

...

•

La mayoría de las veces el problema de la producción de basura comienza en nuestras propias casas y es en este mismo lugar donde se puede iniciar la solución. En muchos países, incluso en algunos sectores de Chile, se ha comenzado a aplicar el retiro selectivo de basuras, empleando diferentes contenedores para cada tipo de residuo. Para hacer más fácil el uso de estos contenedores para toda la población, se creó un código intemacional de colores para identificar las diferentes clases de los mismos y saber qué depositar en ellos.

Contenedor azul. Papeles y cartones. Por ejemplo, diarios, revistas, papeles de envolver, propaganda, cajas de cartón simple y corrugado, etcétera. Contenedor verde. Vidrio, principalmente envases y botellas. No es para depositar espejos, vidrios de ventanas, ampolletas o tubos fluorescentes. En ocasiones este contenedor tiene forma de iglú. Contenedor amarillo. Envases de plástico, como botellas de bebidas, y metales, principalmente latas de aluminio, envases de conservas, tarros de leche y chatarra. Contenedor rojo. Pilas y desechos peligrosos.

•

•

•

•

I

201

I

Biología

En nuestro país, desde 1996 se comenzaron a implementar distintas iniciativas para promover el reciclaje, así como fomentar campañas que eduquen a la población en la cultura ecológica, La Comisión Nacional del Medio Ambiente (Conama) de la Región Metropolitana, junto con varias empresas privadas que recuperan materiales reciclables, elaboraron una Guía de Reciclaje de Residuos Sólidos Domiciliarios, en la que se entregan los datos y herramientas necesarios para poner en funcionamiento iniciativas de reciclaje en colegios y comunidades, los tipos de materiales que hoy se reciclan en el país,en qué condiciones deben ser entregados los recursos para ser reciclados, y los datos de las empresas que realizan el reciclaje.

Actualmente en Chile se reciclan los siguientes materiales: botellas de plástico, envases de tetrapak, papeles y cartones, vidrios, latas de aluminio, chatarras y metales, cartuchos de tinta de impresoras, residuos electrónicos y baterías. A lo largo del tiempo, la recuperación de los residuos domiciliarios ha ido cambiando, gracias a la revalorización de estos como materias primas ya los incentivos económicos, ambientales y solidarios de su recuperación. Se espera para el año 2010 llegar a reciclar el 20% del total de los residuos sólidos domiciliarios en nuestro país.

Gráfico N° 2: Evolución del porcentaje de reciclaje desde 1995 a 2005 en la Región Metropolitana 14 12 -

1-

10 -

1-

8

1-

6

1-

4

1-

2

1-

..-.. ~ '-"

,ro al

....e al

u s; O

u,

O

I

I

I

I

I

I

o

o

O N

Años


1202

I

I O O N

I N

O

O N

I

I

I

(V)

Lf)

O O N

O O

N

Fuente: www.conama.cI


Analizar el problema

Para recordar:

•

• •

•

•

•

Al separar los recursos útiles de la basura se puede aprovechar más del 91,7% de los desperdicios para reutilizarlos. Por cada tonelada (1.000 kg) de papel y cartón que se produce se cortan 150 árboles. Las pilas, pinturas y aceites contienen metales y otros compuestos tóxicos y peligrosos para el medioambiente. La acumulación de plástico en los vertederos ocasiona la impermeabilización de los suelos, provocando la acumulación de residuos líquidos. La materia orgánica de origen doméstico puede convertirse en material de abono y ayudar en la recuperación del suelo erosionado por el fuego, el viento, las lluvias, etcétera. La recuperación de materias primas permite el menor consumo de energía y la disminución del volumen de residuos que se deben recoger y eliminar. Fuentes: www.yoreciclo.cI www.conama.cI www.ecoeduca.cl/chatarralrsd6.htm

A partir de la información entregada, de tu propia búsqueda y de tu reflexión, responde en tu cuaderno las siguientes preguntas:

1. ¿Por qué está aumentando la producción de basura en las grandes ciudades? ¿Crees que se puede disminuir el volumen de residuos domiciliarios que llegan a los vertederos?, ¿cómo? ¿Qué es la regla de las "tres erres"? ¿Es lo mismo reciclar que reutilizar? Averigua cuáles son las etapas del proceso de reciclaje del vidrio, del papel y de las latas. ¿En qué podrías reutilizar los materiales de desecho? Da tres ejemplos. Investiga dónde se puede reciclar en nuestro país y en qué condiciones se deben entregar los materiales para este proceso.

2. 3. 4.

5. 6. 7.

Tomar una decisión 1. ¿Qué tipo de actividades cotidianas puedes realizar tú y tu familia para reducir la producción de residuos en tu hogar y en el colegio? ¿De qué manera puedes ayudar en la tarea de reciclar recursos de uso habitual? ¿Crees que los beneficios y ventajas de reutilizar y reciclar te pueden afectar a ti o a tu familia en el corto y largo plazo?

2. 3.

Mi compromiso: •

Junto con otros compañeros y compañeras, realicen un panel informativo en el que se explique qué es el reciclaje, cuáles son las consecuencias del aumento de basura sobre el ambiente y una lista de actividades que todos puedan realizar para ayudar a disminuir la acumulación de basura y promover el reciclaje.

1203

I

Biología


Fundación Senda Da La Fundación Senda Darwin es una institución que realiza y motiva la investigación científica básica y aplicada en bosques templados del sur de Chile, principalmente en la isla de Chiloé. Además, promueve la educación ambiental, la conservación y el manejo eficiente de los recursos naturales.

n

chucao (Sce/orchilus rubecula), una curiosa ave principalmente terrestre, la diminuta ranita de Darwin (Rhynoderma darwini) y el ciervo más pequeño del mundo, el pudú (Pudu pudu).

Para realizar su labor educativa y de investigación, la fundación cuenta con variada infraestructura, entre la que destaca la estación biológica Senda Darwin, ubicada a 10 km de la ciudad de Ancud, en Chiloé. Esta estación biológica cuenta con dos senderos, que pueden ser visitados por el público en general, los cuales son un aporte para conocer y valorar la biodiversidad de Chiloé, isla que presenta gran relevancia para este estudio, pues su ecosistema de bosques templados lluviosos solo se encuentra en Sudamérica austral, con más de un cuarto de la superficie total de este tipo de bosque en el mundo, T asmania, Nueva Zelanda y la costa noroeste de Norteamérica.

Esta fundación eligió su nombre en honor a Charles Darwin, un reconocido científico inglés autor de una de las obras más influyente en biología: El origen de las especies por medio de la selección natural. Darwin viajó por Sudamérica y las costas de Chile entre los años 1834 y 1835, visitando dos veces la isla de Chiloé, entre junio de 1834 y enero de 1835. Su estadía en la isla le permitió hacer detalladas observaciones geológicas y biológicas que lo ayudaron a explicar el origen de las diferencias entre las especies, antecedentes que posteriormente publicaría por primera vez en 1859. Fuente: http://www.sendadarwin.cl

Debido al fuerte aislamiento geográfico, los bosques templados lluviosos presentan mucho endemismo, es decir, el desarrollo de especies vegetales y animales que se encuentran distribuidas en zonas geográficas limitadas. Por ejemplo, se han descrito alrededor de 50 especies de árboles, de las cuales más del 95% son exclusivas de estos bosques. Asimismo, estos bosques son el único hábitat de especies escasamente conocidas, como el marsupial arbóreo monito del monte (Dromicyops australis), el


•

Lo isla de Chiloé presento característicos que la hacen muy adecuado poro el estudio de la biodiversidad.

1204

I

Lectura científica


Insectos bioindicadores en río Clarillo Debido a la creciente contaminación ambiental y pérdida de flora y fauna que presenta nuestro ecosistema, las organizaciones gubernamentales dedicadas a la conservación de la biodiversidad nativa han decidido resguardar las zonas de alto endemismo, protegiendo su conservación a través del Sistema Nacional de Areas Silvestres Protegidas del Estado (SNASPE). Una de estas zonas protegidas es la Reserva Nacional Río Clarillo, ubicada en la precordillera andina, al sureste de Santiago, en la provincia Cordillera, comuna de Pirque, que conserva la biodiversidad nativa de la Zona Central de Chile. El estudio de la biodiversidad nativa adquiere especial relevancia cuando se trata de insectos, pues estos organismos son altamente sensibles a los cambios en el medioambiente, y su ausencia o presencia puede interpretarse como bioindicador. Por ejemplo, en un ecosistema acuático como el río Clarillo, se sustentan comunidades de insectos, denominados bentónicos, que se desarrollan en el agua, asociados al fondo de la cuenca o a las piedras dentro del caudal, sujetos o adheridos al sustrato, para obtener protección, buscar alimento o mayor disponibilidad de oxígeno. Por dichas razones, estos insectos son sensibles a los cambios del hábitat, trasladándose en busca de mejores condiciones, o desapareciendo del sistema.

fueron colectados entre agosto de 2001 y octubre de 2002, junto con muestras del agua de ambos sectores. Se determinó que La Quila muestra una estructura comunitaria algo diferente a la de La Retamilla, distinción establecida a través de especies que podrían ser indicadores de la calidad del agua.

Los ríos precordilleranos se caracterizan por aguas correntosas y frías, con variaciones de caudal y temperatura que oscilan de acuerdo a los cambios climáticos. Se ha determinado que existe estacionalidad en la fauna bentónica en el río Clarillo; sin embargo, la comunidad mantiene su estructura, ya que se recupera tras cada oscilación estacional. Lo anterior ha permitido establecer que estos organismos son menos sensibles a las oscilaciones que a las perturbaciones del ambiente.

Tabla N° S: Densidad (D) y riqueza (S) de especies de insectos bentónicos encontrados en las zonas de muestreo

En este estudio se fijaron dos puntos de observación y muestreo de estos insectos, uno en un sector intervenido por las actividades humanas en temporada estival, denominado La Retamilla, y otro en un sector no intervenido, La Quila, ambas zonas con condiciones ambientales similares. Los insectos

Si bien la perturbación por acción humana podría tender a incrementar la riqueza y la abundancia de la comunidad de insectos bentónicos, también estaría influyendo en la disminución o término de los hábitats para algunas especies dependientes de aguas más puras, o bien mostrando la presencia de especies indicadoras de perturbación ambiental.

Otoño

3.737,04

14

3.583,33

15

Invierno

504,94

10

217,28

12

Primavera

866,67

16

1.705,56

19

Verano

2.950

15

4.496,3

18

Fuente: Estrada, P. y otros. "Análisis de comunidades de insectos bentónicos en un río precordillerano: río Clarillo (Chile: central)". Acto Zoológico LilJoono, 50. 2006.

Comprendo lo que leo 1. 2. 3.

¿Por qué se han establecido zonas protegidas en nuestro país? ¿Cómo reaccionan los insectos del estudio frente a las oscilaciones estacionales, en comparación con las perturbaciones del ambiente? Explica. ¿Cómo se pueden explicar las diferencias observadas en las densidades y riqueza, entre ambos lugares, en distintas estaciones del año?

12051

Biología

Síntesis •

Los seres vivos requieren energía para realizar sus diferentes procesos y actividades vitales. Existen organismos autótrofos que sintetizan sus nutrientes a partir de la energía solar y otros a partir de sustancias químicas; además, los heterótrofos los obtienen por la ingesta de alimentos. La energía circula a través de cadenas y tramas tróficas, en un proceso denominado flujo de energía. La energía sigue un trayecto acíclico y la materia uno cíclico. (Pág. 176)

•

La energía sigue un recorrido unidireccional, por los eslabones de una interacción trófica. Las cadenas tróficas son representaciones simples de las relaciones alimentarias de un grupo de organismos. Cuando se quiere representar la interacción de una comunidad real, se utilizan las tramas o redes tróficas, que son la unión de dos o más cadenas tróficaso(Págs. 178 y 179)

-amllJl:OJ.

Fitoplancton

') <_( ,..>

r

Zooplancton

'\ I ..,.J~

En las interacciones tróficas, la energía fluye por los diferentes niveles siguiendo un recorrido que va desde los productores a los consumidores primarios, secundarios, terciarios y, finalmente, hasta los organismos detritívoros y descornponedores. Los consumidores no reciben toda la energía captada por los productores debido al gasto en las actividades metabólicas de los eslabones anteriores, las partes no digeribles de sus alimentos y la pérdida por calor. La energía se transfiere generalmente siguiendo la ley del 10%. (Pág. 182)

•

Las pirámides tróficas se utilizan para representar las relaciones alimentarias y el traspaso de energía entre los seres vivos que componen sus niveles. La más utilizada es la pirámide de energía, en la cual se ordenan los organismos de acuerdo a la cantidad de energía que queda disponible para el siguiente escalón. (Pág. 183)

.'

i:

_.

•


24 Kcal/m2 por año

Consumidores secundarios

469 Kcal/m2 por ano

Consumidores pnmanos

4.126 Kcal/m2 por ano

:::

Calamar

Pingüino emperador

-

Pingüino Adelia

Pez

-

Larva Foca de Ross Skúa

25.471 Kcal/m2 por ano

Productores Foca cangrejera

• Ballena azul

•

La productividad de un ecosistema se refiere a la cantidad de energía que el mismo es capaz de aprovechar, es decir, transformar en moléculas orgánicas y almacenar en forma de biomasa, por unidad de superficie y en un tiempo determinado. La productividad medida puede ser bruta o neta y se puede clasificar en primaria y secundaria. (Pág. 180)


-

Leopardo marino

206

En la pirámide de biomasa se representa el flujo de energía a través de la cantidad de materia seca total, en un volumen y tiempo determinados, presente en cada nivel trófico. En la pirámide de número se muestra el número real de seres vivos que existen en cada nivel trófico, en un tiempo y superficie determinados. (Págs. 184 y 185)

Zooplancton Fitoplancton

f

Peso seco (gramos por m2) 21

4


Queltehue

Mantis

•

La amplificación biológica o bioacumulación es el proceso por el cual los organismos acumulan alguna sustancia química en sus tejidos, debido a que no pueden metabolizarla, y luego, cuando este organismo es parte de la dieta de otro, se acumula en los otros componentes de las cadenas tróficas. Las concentraciones de estos contaminantes son crecientes a medida que se avanza en el nivel trófico de la trama alimentaria. (196 y 197)

•

Entre los organismos bioacumuladores se encuentran algunas especies altamente intolerantes a la presencia de ciertas sustancias. Estos organismos, llamados bioindicadores, son utilizados para evaluar el grado de contaminación de los ecosistemas y ayudan a determinar si algún elemento contaminante o dañino se encuentra presente en el ambiente, o lo estuvo en el pasado. (Págs. 198 y 199)


Consumidores secundarios

Consumidores .

.

prmanos

Productores Número de individuos

•

El flujo de materia es cíclico, pues sigue un recorrido entre los seres vivos y el medioambiente, a través de los ciclos biogeoquímicos. Los ciclos más representativos de la materia son los del nitrógeno, el agua, el carbono y el fósforo. (Págs. 188 a 195)

J

207

Biología

Evaluación final

1 Observa

la siguiente imagen y luego responde

Detrítívoros \

,

.......

0,32 Kcal/m2/h I I I

- ... , , ,

,,

O,OOZ Kcal/m2/h

...

I

las preguntas en tu cuaderno.

, _ ..........- , ,

I I I I I I I I \

....

\

,,

0,035 f~cal/m2/h

" ...... ... ...... ......... ,,

,, \ \

,, I I

I I

,, \

, ' ...... ... ...

...... ...

.........

,,

, \

,, ,,

\

0,55 Kcal/m2fh

I I I

:,

I

1,1 Kcal/m2/h ecosistemas

a. b. c. d.

2

Suelos y , oceanos

¿A qué tipo de pirámide corresponde?, ¿por qué? ¿En qué nivel el flujo de energía es mayor? Fundamenta tu respuesta. Explica por qué los organismos detritívoros están fuera de la pirámide trófica. ¿Cuál es la productividad primaria neta en esta pirámide trófica?

Analiza el siguiente esquema de productividad productividad

neta, la productividad

secundaria y la productividad

de un ecosistema

primaria, la productividad

y señala en tu cuaderno bruta, la productividad

qué letras representan

la

primaria bruta, la productividad

primaria neta.

G

H

Carnívoro 2

0

-

E

Carnívoro 10

F

~

C A

3

Productor

B

La productividad neta de los consumidores


Herbívoro

D

secundarios, ¿será mayor o menor que la de los consumidores

1208

I

primarios? Explica.


4

Observa los números que señalan algunas etapas del ciclo del agua (en verde), del carbono (en amarillo) y del nitrógeno (en azul). Señala en tu cuaderno qué procesos

son.

I:$act,~yt'asn itrosantes nitrificantes

7

5

Al fumigar un cultivo con DDT, parte de este plaguicida llegó a un lago cercano, por error. Después de un tiempo, un grupo de científicos realizó un estudio ecológico para cuantificar la cantidad de DDT, en partes por millón (ppm), en los tejidos de los seres vivos del lugar, obteniendo

la siguiente pirámide:

Cantidad de DDT en los tejidos (ppm)

Nivel trófico

3-76 ppm

Consumidor

1-2 ppm

Consumidor 2°

0,2-1,2 ppm

Consumidor

0,04 ppm

Productores

Concentración

3°

1°

de DDT en el agua: 0,00005 ppm

a. Explica por qué aumentó la cantidad de DDT en los tejidos de los seres vivos, desde los productores hasta los consumidores terciarios.

b. ¿Por qué la concentración de DDT en el agua es menor que la captada en los productores de este ecosistema? c. ¿Elser humano tiene posibilidades de contaminarse con este plaguicida?, ¿cómo puede saber que existe esta contaminación? Fundamenta tu respuesta.

12091

Biología

6

Analiza las pirámides que se muestran a continuación de energía, una de número y la ley del 10%.

a.

y determina cuál de ellas representa

de mejor manera una pirámide

c.

b•

I I

7

En la orilla de un río, cuyas aguas son utilizadas para regadío, se instala una gran empresa. Esta empresa utiliza parte de las aguas del río para realizar sus procesos industriales, luego de lo cual procesa el agua utilizada y la devuelve al río, para evitar la contaminación del caudal. Con el fin de comprobar los efectos de la empresa sobre la flora y fauna del río, un grupo de investigadores evalúa mensualmente la abundancia de especies midiendo su biomasa (g/m2). Sin embargo, accidentalmente se produce un derrame de residuos industriales líquidos, causando la disminución de las cantidades de oxígeno en el agua del río. Luego de la contaminación, los investigadores continúan con su estudio y obtienen los siguientes datos de abundancia. Tabla N° 6: Abundancia de especies medida en biomasa (g/m2) Especies

Antes de la . .,

contammacron

Después de la contaminación 1 mes después

2 meses después

3 meses después

Pez 1

180

146

157

172

Pez 2

196

164

175

189

Insecto 1

268

243

256

270

Insecto 2

248

198

203

207

Insecto 3

256

139

143

150

Insecto 4

235

195

209

226

Alga 1

297

322

335

327

Alga 2

324

297

311

319 Fuente: Archivo Editorial.

a. b. c. d. e. f.

Representa en un gráfico de barras la abundancia de cada especie para los cuatro meses estudiados. ¿Por qué la mayoría de las especies disminuye su abundancia el primer mes después de la contaminación? De acuerdo con los datos, ¿existen algunas especies que se vean beneficiadas por la contaminación?, ¿cuál(es)? ¿Qué especie es la más afectada por la contaminación?, ¿cómo serían los límites de tolerancia de esta especie? ¿Cuál de las especies estudiadas se podría utilizar como organismo bioindicador en futuros estudios?, ¿por qué? ¿Crees que los datos indican una pronta recuperación de las abundancias originales de la flora y fauna de este río?, ¿por qué?


1210

I


Reviso •

Revisa el Solucionario y anota tu puntaje en el cuadro.

DESCRIPTOR:

PREGUNTA

PUNTAJE

Comprender los mecanismos que permiten el flujo de energía a través de cadenas y tramas tróficas.


1, 2 Y 3 Comprender la relación entre la productividad primaria neta y bruta de energía. Conocer los ciclos de materia que se producen en la naturaleza. Conocer las pirámides, como una forma de descripción cuantitativa de las cadenas y tramas tróficas. Comprender el proceso de bioacumulación y la función de los bioacumuladores en el monitoreo de la contaminación ambiental.

¿QUÉ DEBES HACER?

4


6

Si obtienes menos de 3 puntos, realiza la actividad 5. Si obtienes 3 puntos, realiza la actividad 6. Si obtienes menos de 11 puntos, realiza la actividad 7. Si obtienes más de 11 puntos, realiza la actividad 8.

5y7

Actividades Actividad 1. Esquematiza una cadena trófica sencilla y grafica el flujo de energía. Determina la productividad bruta para esta cadena.

primaria neta y

Actividad 2.

Busca información sobre la productividad promedio de los distintos tipos de ecosistemas de Chile y realiza una tabla comparativa de los factores que facilitan o dificultan el proceso productivo de los ecosistemas.

Actividad 3.

Ilustra un ecosistema en el que se observen los ciclos del agua, del fósforo, del carbono, del oxígeno y del nitrógeno.

Actividad 4.

Investiga sobre el calentamiento global. ¿Cómo afecta al ciclo del carbono y del oxígeno?

Actividad 5. Selecciona un ecosistema determinado y construye una pirámide que muestre cómo fluye la energía en él. Justifica la elección del tipo de pirámide que usaste. Actividad 6.

Investiga qué organismos forman una trama trófica en tu región y represéntala utilizando los tres tipos de pirámides.

Actividad 7.

Redacta una definición que te ayude a comprender

Actividad 8.

Busca información sobre la amplificación biológica producida por DDT en la década de 1960. ¿Cómo descubrieron este caso?,¿qué efectos tuvo sobre la fauna?, ¿cuánto tiempo le ha tomado a las poblaciones animales recuperarse de los efectos del DDT?

qué significa amplificación biológica y organismo bioindicador.

12111

Biología

u En esta sección te invitamos a resolver preguntas similares a las expuestas en la PSU, cuyas claves están en el Solucionario. Para comenzar, revisa el análisis de una de ellas.


1 Las especies A. B. C. D. E.



que utilizan como fuente de nutrientes a los organismos fotosintéticos se denominan:

autótrofos. niveles tróficos. consumidores primarios. productores. quimiosintéticos.

Corrección: La altemativa A propone a los autótrofos; sin embargo, sabemos que los autótrofos o productores sintetizan sus propios nutrientes por medio de la fotosíntesis o de la quimiosíntesis, por lo tanto esta altemativa es incorrecta, así como la D y E. Sabemos que los niveles tróficos son los eslabones que conforman una cadena trófica, en general, y no uno específico, como el que propone el enunciado de la pregunta, por lo tanto, la altemativa B también es incorrecta. Nos queda la alternativa C, que es la que presenta la respuesta correcta al enunciado.

Las preguntas 2 y 3 se refieren a la siguiente trama trófica, correspondiente a un ecosistema terrestre. Los organismos presentes en esta trama se representan con letras.

3

¿Cuál de los siguientes organismos es depredador

tope?

A. A

B. B A

D

C. C D. D

E.

B

E

e

4

E

2

A. B. C. D. E.

¿Cuál de los siguientes organismos es productor? A. A

B. B C. C D. D E. E Santillana Bicentenario

El proceso por el cual algunas bacterias convierten el nitrato en nitrógeno libre (N2) se denomina:

212

amonificación. desn itrificación. fijación de nitrógeno. nitrificación. ninguna de las anteriores.


5

6

¿Cuál de los siguientes gráficos representa el fiujo de energía que ocurre desde el nivel trófico de los productores hacia el de los consumidores terciarios?

En relación a las pirámides de masa y energía, es(son) correcta(s): 1.

La biomasa de los productores siempre es mayor que la de los consumidores primarios. 11. La energía de los productores siempre es mayor que la de los consumidores primarios. 111. La energía aumenta a medida que se avanza en cada nivel trófico.

A.

Cantidad de energía (escala relativa)

A. Productores

Consumidores

Solo I B. Solo II C. Solo III D. I Y 111 E. II Y III

terciarios

B. Cantidad de energía (escala relativa)

7 Productores

Consumidores

terciarios

En el siguiente gráfico se representa la concentración de DDT que existe en los tejidos de organismos pertenecientes a distintos niveles tróficos en un ecosistema. 45 40 35 30 -

C.

Cantidad de energía (escala I-_""relativa)

Ecosistema contaminado por DDT

25 20 -

15 10 Productores

Consumidores

5-

terciarios

O

Productores

D.


. . Consumidores Consumidores Consumidores . . pnmanos secundarios terciarios

Niveles tróficos

A partir del gráfico se puede deducir que:

1------------------

1. Productores

Consumidores

existe un aumento de la concentración de DDT a lo largo de la cadena trófica. 11. los camívoros presentan una mayor resistencia al DOT. 111. el OOT es mortal solo para los productores.

terciarios

E. A.

Solo 1 B. Solo II C. Solo III D. I Y II E. I Y 1II


Productores

Consumidores

Fuente: www.demre.cl

terciarios

213

Pregunta liberada proceso de admisión 2005.

Biología

Medidas de seguridad en el laboratorio En un laboratorio se manipulan sustancias químicas, materiales de vidrio y se trabaja frecuentemente con fuego, lo que aumenta el riesgo de tener accidentes. Por esta razón debes trabajar muy concentrado, en forma cuidadosa y con conocimiento del material que estás manipulando. Conozcamos algunas normas elementales para evitar accidentes.

í

.-----1

7

PROHIBIDO COMER, BEBER y/O FUMAR EN EL LABORATORIO

Ji

1. El laboratorio debe contar con un botiquín que contenga todos los elementos básicos, como vendas, cinta adhesiva, apósitos, desinfectantes y algodón. 2. El laboratorio debe tener señales de escape y extintor. 3. Siempre debes seguir las instrucciones de tu profesor(a). 4. Se debe usar delantal en todo momento. 5. Si tienes pelo largo debes llevarlo recogido.


+

6. Debes revisar que todo el material se encuentre en buen estado. 7. Prohibido comer, beber y/o fumar dentro del laboratorio. 8. No probar ni oler ningún reactivo. 9. No debes pipetear sustancias químicas, para ello utiliza una propipeta.

.•

_--_--

,"'"

...

'"

..

l.o

...

ESCAPE

~

•

B

2 ...

_ .~."

..

,

.....

.....

'~

<

I

j

,\.

-

.."

I

~

/'

/

,/

. .//

",

¿

---t

-

--

10. No tomar las sustancias químicas con las manos. 11. No mezclar reactivos sin indicación. 12. Cierra todas las llaves de agua y gas al finalizar una actividad. 13. El material de laboratorio debe guardarse limpio y seco, siempre en el mismo lugar.

14. Los reactivos deben guardarse rotulados, por ejemplo: inflamable, corrosivo, etc. 15. Si ocurre una quemadura con un ácido concentrado, nunca se debe lavar la zona con agua. Puedes usar bicarbonato de sodio para neutralizar.

Biología

Informe de laboratorio Para realizar un informe de laboratorio

debes incluir lo siguiente:

1

I

Corresponde

a la primera página. Se presenta el tftulo, los autores y la institución. El título indica de qué se trata la actividad

experimental, los autores son quienes realizan el informe y la institución corresponde al lugar donde se realiza el informe de laboratorio.

Además, se debe incluir la fecha de entrega y el curso al cual pertenece.

r-

2

~ci("",4e1"r.!'llhli.rr:..D1l. I[elJl] ¡

Es una presentación general del trabajo, en la que se fundamenta el problema y se redactan los antecedentes. Por otra parte, se debe indicar en forma clara el problema de investigación, la hipótesis y los objetivos de la experiencia o demostración de laboratorio.

3

r

Se nombran todos los materiales y reactivos utilizados en la experiencia. En el procedimiento realizados en el desarrollo del trabajo de laboratorio.

se da cuenta de los pasos

También se pueden incluir esquemas y/o fotografías para ilustrar la

actividad o los materiales empleados.

4 Se deben describir los resultados obtenidos de la experiencia de laboratorio. Según estos resultados, se valida o no la hipótesis. También, si es que hay, se da respuesta a las preguntas planteadas en la actividad o las indicadas por el profesor(a), y se responden aquellas interrogantes que surjan durante el proceso.

s r

Corresponde

a la idea o las ideas más generales y centrales que se pueden formular a partir de los resultados. Las conclu-

siones que deben ser coherentes con el problema de investigación.

r-

6 Lista de textos, páginas de internet, revistas, etc. que se utilizaron como referencias para elaborar el informe. Se deben escribir los apellidos de los autores en orden alfabético, seguidos por el título del texto, luego la ciudad en que se publicó, la editorial, edición y el año de publicación. En las páginas de internet se coloca primero la página y luego, la página web.


la institución

de donde se extrae

Unidad 1 La célula y sus componentes Evaluación diagnóstica (páginas 1O y 11) l. 7 puntos en total. Átomo (1 punto), molécula (1 punto), célula (1 punto), tejido (1 punto), órgano (1 punto), sistema (1 punto) y organismo. ( 1 punto)

2. 1 punto en total. Tu respuesta debe presentar las siguientes ideas: una mezcla de biomoléculas no constituye una célula, pues es necesario que se desarrolle un sistema cuyos componentes estén organizados e interactúen entre sí para dar origen a las estructuras que conforman los sistemas biológicos.

3. 9 puntos en total.

Mantequilla

Carne

Torta

Verduras

Lípidos. ( 1 punto)

Reserva de energía. (1 punto)

Proteínas. ( 1 punto)

Forma las estructuras de los tejidos. (1 punto)

Carbohidratos.

Aportan energía de uso inmediato. (1 punto)

(1 punto)

Vitaminas y minerales. (1 punto)

Reguladores del metabolismo. (1 punto)

a. Estos nutrientes son muy importantes para el funcionamiento de la célula. Por ejemplo, las vitaminas participan en las reacciones químicas que ocurren dentro de la célula, las proteínas forman parte de la mayoría de las estructuras celulares y los carbohidratos y lípidos proporcionan la energía necesaria para que la célula pueda llevar a cabo todas sus actividades vitales. (1 punto)

4. 4 puntos en total. a. Una de las posibles respuestas podría ser que el propósito de esta actividad es comparar la forma y la estructura de las células vegetales y animales. También se puede considerar correcto señalar que el objetivo es observar una célula vegetal y otra animal. (1 punto) b. Una de las posibles hipótesis es que en organismos estructuralmente distintos, como vegetales y animales, se esperaría observar diferencias en la estrutura de las células que los forman. (1 punto)

Biología

c. La forma de las células de Elodea es similar a un rectángulo; además es posible observar la pared celular y gran cantidad de cloroplastos en el citoplasma y, en algunas de ellas, es posible observar el núcleo. Por su parte, la forma de las células de la mucosa bucal es menos regular que las de Elodea. Se distingue claramente el núcleo en el centro del citoplasma, la membrana plasmática y algunas estructuras citoplasmáticas que podrían corresponder

a los organelos celulares.

(1

punto)

d. La principal diferencia entre las células de Elodea y las de mucosa bucal es la forma de cada una, además, las células de Elodea se distinguen por presentar cloroplastos y pared celular a la que se adhiere la membrana plasmática. (1 punto)

Evaluación de proceso l.

(páginas 26 y 27)

o

1 puntos en total.

a. 1. RER: síntesis y transporte de proteínas. (1 punto) 2.

Aparato de Golgi: modificación química de proteínas y lípidos, formación de lisosomas y distribución de las proteínas dentro de la célula o hacia el exterior producción

de ella. ( 1 punto)

3.

Mitocondria:

de energía (ATP). ( 1 punto)

4.

REL: formación

5.

Núcleo: contiene la información genética y coordina la síntesis de las estructuras celulares. (1 punto)

6.

Ribosoma: sintetiza proteínas. ( 1 punto)

7.

Vacuola: almacena agua y otras sustancias. ( 1 punto)

8.

Cloroplasto:

9.

Pared celular: otorga soporte estructural a la célu la vegetal. ( 1 punto)

de lípidos y detoxificación

celular. ( 1 punto)

plastidio que lleva a cabo el proceso de fotosíntesis. ( 1 punto)

b. Entre las estructuras exclusivas de la célula vegetal están: vacuola, pared celular y cloroplasto. (1 punto)

2.

2 puntos en total. El primer esquema representa una reacción catabólica, puesto que en ella se descompone una sustancia en otras más simples y se libera energía. ( 1 punto) El segundo esquema representa una reacción anabólica que necesita energía para producir moléculas complejas a partir de moléculas simples. ( 1 punto)

3.

3 puntos en total. Solvente universal. ( 1 punto) Tensión superficial. ( 1 punto) Fuerza de cohesión. ( 1 punto)

4.

2 puntos en total. Tu respuesta debe presentar las siguientes ideas: nuestro organismo necesita obtener pequeñas cantidades de distintos tipos de sales minerales, las que pueden cumplir más de una función en nuestro organismo, ya sea formando

parte de las estruc-

turas de nuestro cuerpo o regulando las reacciones químicas que ocurren en las células. Por ejemplo, el calcio constituye parte de huesos y músculos, y el sodio interviene en la transmisión de los impulsos nerviosos. (2 puntos)


Solucionario

Evaluación final (páginas 50 a 53) l. 3 puntos en total. Célula en división: toda célula proviene de otra célula preexistente. (1 punto) Tejido vegetal: las células son las unidades estructurales de los seres vivos. Todos los seres vivientes están formados por células. ( 1 punto) Protozoos: la célula es la unidad funcional de los seres vivos. Cada célula presenta las estructuras necesarias para realizar todas sus funciones vitales. ( 1 punto)

2. 4 puntos en total. En tu respuesta debes nombrar las siguientes estructuras comunes para la bacteria, la célula de alga y la célula animal: citoplasma, membrana plastmática y ribosomas. ( 1 punto) Las estructuras exclusivas de la bacteria son: nucleoide, mesosomas y plásmido ( 1 punto); de la célula de alga: cloroplastos, vacuola y pared celular ( 1 punto); y de la célula animal: centríolo. (1 punto)

3. 7 puntos en total. a. Núcleo. (1 punto) b. Mitocondria. (1 punto) c. Ribosomas. (1 punto) d. RER. (1 punto) e. Aparato de Golgi. (1 punto) f. REL. (1 punto) g. Citoesqueleto. (1 punto)

4. 2 puntos en total. Tu respuesta debe exponer ideas similares a las siguientes: cuando ocurre un cambio o una mutación en la información genética, la estructura de la célula cambia, pues el ADN porta la información necesaria para sintetizar las proteínas específicas de cada célula. Por su parte, las proteínas forman las estructuras celulares o intervienen en sus procesos metabólicos. Por lo tanto, si ellas se modifican, también se alteran sus funciones, por lo que se alterará la estructura y el funcionamiento de la célula.

5.

5 puntos en total. Lípidos: carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O). (1 punto) Proteínas: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N). (1 punto) Carbohidratos: carbono (e), hidrógeno (H) y oxígeno (O). (1 punto) Lípidos-proteínas: e, H, O. Proteínas-carbohidratos: e, H, O. earbohidratos-Iípidos: e, H, O.

a. Los elementos químicos que son comunes a estas tres biomoléculas son el carbono, el hidrógeno y el oxígeno. (1 punto) b. Proteínas, lípidos y carbohidratos son moléculas orgánicas, pues están formadas principlamente por carbono. (1 punto)

Biología

6.

7 puntos en total.

a. Los carbohidratos

(1 punto)

reserva, aunque las proteínas

son la fuente primaria de energía para la célula; los lípidos (1 punto)

son la energía de

( 1 punto) también pueden ser empleadas para obtener energía.

b. Hay proteínas celulares que cumplen una función estructural, porque forman parte de los tejidos del organismo ( 1 punto), mientras que otras aceleran los procesos metabólicos, es decir cumplen una función enzimática. ( 1 punto)

c. Los ácidos nucleicos (1 punto) son moléculas que dirigen la síntesis de proteínas, y a través de esto el funcionamiento y estructura celular.

d. Los fosfolípidos

7.

(1 punto) son un tipo de lípido que forma parte de la membrana celular.

3 puntos en total.

a. La molécula que se encuentra en mayor cantidad en ambos seres vivos es la del agua, en las plantas, 74% y animales, 60%. Algunas de las funciones que puedes mencionar son: es el medio en el cual ocurre la mayor parte de las reacciones químicas del metabolismo,

ayuda a mantener la temperatura

corporal y permite el transporte

de sustancias, entre otras.

(1 punto)

b.

Tu respuesta puede incluir las siguientes ideas: los carbohidratos son más abundantes en los vegetales que en los animales, pues forman parte importante de la composición de la pared celular y del almidón. En las células animales, los carbohidratos son utilizados para obtener energía inmediata, aunque también se almacenan como glicógeno, en los hepatocitos y en las células musculares. ( 1 punto)

c. En los animales, los lípidos son abundantes, puesto que constituyen reservas energéticas, por lo que son almacenados en el tejido adiposo. Las proteínas tienen una función estructural, formando

parte de las estructuras celulares; asimismo, las

enzimas y algunas hormonas son proteínas. ( 1 punto)

8.

4 puntos en total.

a. ( 1 punto). Datos del organismo

observado

70 60 V)

C'd ::l

'al

u

al "'O

o ....

al

50 40 30

E

'::l

Z

20 JO O O

20

40

60

80

Tiempo (min)


100

120

140

Solucionario

b. De acuerdo a la tasa de reproducción, el organismo podría corresponder a una bacteria. ( 1 punto) c. Suponiendo que el organismo es una bacteria, el mecanismo de reproducción es mediante fisión binaria. (1 punto) d. Las bacterias son células procariontes. ( 1 punto)

Preparando la PSU (páginas 54 y 55) 3. e 4. A

l. B 2. D

7. E 8. E

5. E 6. E

9. B 10. e

Unidad 2 Membrana plasmática Evaluación diagnóstica (páginas 58 y 59) l.

3 puntos en total. Son componentes de la membrana plasmática: lípidos (1 punto), carbohidratos (1 punto) y proteínas (1 punto).

2.

2 puntos en total. Los tejidos que puedes mencionar son: tejido nervioso que constituye el cerebro, tejido muscular liso del estómago, tejido muscular estriado que forma los músculos de la pierna, tejido conjuntivo como la sangre, tejido epitelial de la mucosa bucal que recubre la cara interna de la boca. Por cada tejido que indiques obtienes 1 punto.

3.

5 puntos en total.

a. Cabeza polar-jo hidrofflica

'--" --J- Cola apolar

l b,

o hidrófoba

La región hidrofilica -cabeza del fosfolípido- está formada por una molécula de glicerol; y en la región hidrófoba -cola del fosfolípido- se ubican ácidos grasos. (1 punto)

c. En la superficie del agua, los fosfolípidos se disponen con sus cabezas polares en contacto con el agua, unos al lado de otros impidiendo el contacto con sus colas apolares. (1 punto)

d. Cuando los fosfolípidos están en solución acuosa se disponen en forma de micelas, con sus cabezas polares en contacto con el agua y dirigen sus colas hidrófobas hacia el interior de esta estructura evitando el contacto con el agua. ( 1 punto)

e. Las biomoléculas que forman parte de la membrana plasmática de las células eucariontes son los lípidos, las proteínas y los carbohidratos. (1 punto)

221

I

Biología

4.

4 puntos en total. En los paramecios, la membrana plasmática cumple las siguientes funciones: Mantención

de la forma celular: esta estructura delimita al organismo separando su medio intemo del externo.

Asimismo, la membrana plasmática se conecta con su citoesqueleto, permitiéndole mantener la forma celular. ( 1 punto) Incorporación

de nutrientes:

la membrana plasmática permite que estos organismos incorporen

sustancias tales

como nutrientes. ( 1 punto) Eliminación de desechos: a través de la membrana plasmática los paramecios eliminan sus desechos a través de la exocitosis. ( 1 punto) Recepción de señales del ambiente: los paramecios son capaces de recibir señales que llegan a su membrana plasmática. ( 1 punto)

5.

3 puntos en total.

a. La situación B representa de mejor manera la distribución de las moléculas al cabo de un tiempo. ( 1 punto) b. La distribución de las sustancias en el recipiente se produce a través de difusión simple. ( 1 punto) c. Un ejemplo cotidiano de difusión es cuando una persona se aplica perfume en una habitación y después de un tiempo es posible percibirlo en cualquier punto de la sala. ( 1 punto)

Evaluación de proceso l.

(páginas 68 y 69)

7 puntos en total.

Columna B d Tipo de unión presente en las células vegetales. (1 punto) e Proteínas que regeneran la MEC. (1 punto)

_g_ Moléculas que forman una sustancia viscosa que le da a los tejidos resistencia a la contracción. ( 1 punto) f

Proteína que le confiere a la MEC resistencia y consistencia. (1 punto)

a Estructuras que permiten la unión y comunicación celular. (1 punto) b Tipo de unión que no permite el intercambio de sustanciasentre células contiguas. ( 1 punto) c Mantiene unidas a las células que forman tejidos, brindándoles las condiciones necesarias para subsistir. (1 punto)


Solucionario

2. 5 puntos en total. b Cara extracelular

Cara citoplasmática

c

a. b. c. d. e.

Glucocálix. ( 1 punto) Proteína integral o intrínseca. ( 1 punto) Cabeza del fosfolípido constituida de glicerol. (1 punto) Cola de los fosfolípidos compuesta de ácidos grasos. (1 punto) Proteína periférica. ( 1 punto)

Tanto proteínas como fosfolípidos forman parte de la estructura de la membrna plasmática. El glucocálix, además, tiene funciones de reconocimiento entre las células.

3. 6 puntos en total. Tu respuesta debe presentar las siguientes ideas:

a. Selectividad: se refiere a la capacidad que presenta la membrana plasmática de seleccionar las sustancias que ingresan a su interior. (2 puntos) b. Fluidez: característica de la membrana plasmática otorgada por los fosfolípidos que la constituyen, que le permite el movimiento. (2 puntos) c. Semipermeable: propiedad conferida por las proteínas y los lípidos que conforman la membrana plasmática, que le permite a la célula expulsar los desechos al medio extracelular e incorporar nutrientes. (2 puntos) Estas tres características de la membrana plasmática posibilitan su capacidad para ingresar sustancias necesarias para la célula y eliminar los desechos metabólicos.

Biología

Evaluación final (páginas 92 a 95) l. 10 puntos

en total.

a. F, pues también recubre otros tejidos del cuerpo humano, (1 punto) b. V, (1 punto) c. F, pues el tejido muscular permite el movimiento del cuerpo humano mediante la contracción y relajación de sus células, (1 punto)

d. e. f. g. h.

V, (1 punto) V, (1 punto) F, las uniones comunicantes o de hendidura permiten la comunicación

entre los citoplasmas de células vecinas, (1 punto)

V, (1 punto) F, pues las uniones de anclaje se establecen entre las proteínas integrales (caderinas) y las proteínas citoplasmáticas de células contiguas, (1 punto)

•

l.

F, la MEC está formada por carbohidratos fosfohpidos.

j.

2.

y diversas proteínas, entre ellas el colágeno y la integrina, pero no por

( 1 punto)

V, (1 punto)

5 puntos en total. Tus respuestas deben incluir las siguientes ideas:

a. Se marcaron las proteínas, fosfolípidos y glucocálix de la membrana plasmática, (1 punto) b. Tanto proteínas como fosfolípidos constituyen la estructura de la membrana plasmática. Además, las proteínas permiten el transporte

de sustancias y el glucocálix participa en procesos de señalización entre células, (1 punto)

c. El problema de investigación podría ser: ¿los componentes de la membrana plasmática se mueven? (1 punto) Una posible hipótesis podría ser: las zonas decoloradas restablecerán su fluorescencia debido al constante movimiento

de los com-

ponentes de la membrana plasmática, ( 1 punto)

d. Con este experimento componentes,

3.

se demuestra el dinamismo de la membrana plasmática debido al constante movimiento

de sus

( 1 punto)

6 puntos en total.

a. La solución A es hipotónica (1 punto) y la solución Bes hipertónica (1 punto) b. Tu dibujo debería ser similar al siguiente: (1 punto) 00

0° O

o

00

O Mediante osmosis el agua pasa de la solución A hacia la solución B, aumentando disminuyendo


el volumen de la solución A, (1 punto)

el volumen de esta última y, por ende,

Solucionario

c.

Considerando que la solución A es hipotónica, si un eritrocito se introduce en ella, el agua ingresará a la célula por osmosis debido a que la concentración introduce un eritrocito

de solutos es mayor en el eritrocito

que en la solución (1 punto), Por el contrario, si se

en la solución B, el agua saldrá de la célula debido a que dicha solución presenta una mayor can-

tidad de solutos. ( 1 punto)

4.

3 puntos en total. Se espera que expongas ideas como:

a.

Las células de la cebolla estarán expuestas a un medio hipertónico extracelular para igualar las concentraciones,

(agua con azúcar), por lo tanto, el agua saldrá al medio

( 1 punto)

b. La pasa se introduce en un medio hipotónico (agua destilada), por lo tanto, el agua ingresará a las células de la pasa, (1 punto)

c. Los eritrocitos en el torrente sanguíneo están expuestos a un medio isotónico (suero), por lo tanto, el ingreso y salida de agua de estas células está en equilibrio, (1 punto)

5.

12 puntos en total.

a. 4 puntos en total. A: difusión simple, ( 1 punto) B: bomba Na+-K+, (1 punto) C: difusión facilitada a través de canales ionices. (1 punto) D: difusión facilitada a través de proteínas transportadoras,

( 1 punto)

b. 4 puntos en total. A: transporte

pasivo, (1 punto)

B: transporte

activo, ( 1 punto)

C: transporte

pasivo, ( 1 punto)

D: transporte

pasivo, ( 1 punto)

c. Las moléculas trasportadas por difusión simple (A) deben ser pequeñas y sin carga eléctrica, (1 punto) d. 3 puntos en total. A: oxígeno y alcohol. (1 punto) C: iones, como Ca + y K+, ( 1 punto) D: aminoácidos y glucosa, (1 punto)

6.

4 puntos en total.

a.

Tu explicación respecto al gráfico debe mecionar que: representa una comparación difusión facilitada por transportador

de la velocidad de transporte

entre

y difusión simple, (1 punto)

b. 2 puntos en total. La curva que representa la difusión facilitada por transportador ta la concentración

de moléculas para transportar

muestra que, en una primera etapa, a medida que aumen-

aumenta la velocidad de transporte,

se mantiene constante la velocidad aunque aumente la concentración

de moléculas, (1 punto)

En cambio, para la difusión simple, se produce una relación directamente la concentración

de moléculas para transportar

hasta llegar a un punto en el que

proporcional,

es decir, a medida que aumenta

también aumenta la velocidad de transporte,

(1 punto)

Biología

c. Un canal iónico debería comportarse similar a la curva que representa la difusión facilitada por transportador, pues llega un momento en que la velocidad de transporte es constante aunque aumente la concentración de moléculas por transportar, ( 1 punto)

7. 4 puntos en total. a. La ilustración representa la exocitosis, (1 punto) Este mecanismo es un tipo de transporte activo, (1 punto) b. La exocitosis es utilizada por las células para transportar sustancias desde su interior hacia el medio extracelular; por ejemplo, para liberar hormonas y neurotransmisores, entre otros, (1 punto) c. Si este mecanismo de transporte ocurriera en sentido contrario se denominaría endocitosis. (1 punto)

Preparando la PSU (páginas 96 y 97) l. B

3. A 4. o

2. C

5. C 6. A

7. o 8. A

9. B 10. o

Unidad 3 Especialización celular Evaluación diagnóstica (páginas 100 Y 101) l. 12 puntos en total. a. b. c. d. e. f. g. h.

Retículo endoplasmático rugoso, ( 1 punto) Aparato de Golgi, ( 1 punto) Mitocondria. ( 1 punto) Núcleo, ( 1 punto) Membrana plasmática, (1 punto) l.isosoma ( 1 punto) Centríolos. ( 1 punto) Ribosoma( 1 punto)

Núcleo: contiene la información hereditaria que regula y controla las actividades de la célula. (1 punto) Retículo endoplasmático rugoso: síntesis de proteínas, ( 1 punto) Mitocondria: producción de energía (ATP) , (1 punto) Centríolos: organizan el huso mitótico durante la división celular, (1 punto)

2. 7 puntos en total. a. Las células nerviosas (neuronas y neuroglias) forman el tejido nervioso (1 punto); las células musculares forman el tejido muscular (1 punto); las células sanguíneas forman el tejido conjuntivo. (1 punto) b. Tejido nervioso: en este tejido las neuronas propagan el impulso nervioso, (1 punto) Tejido muscular: a través de su contracción y relajación permite el movimiento del cuerpo, ( 1 punto) Tejido conjuntivo: protege y mantiene unidos a los otros tejidos del organismo, ( 1 punto)


Solucionario

c. La célula es la unidad básica, estructural y funcional de todos los organismos; en cambio, los tejidos son un conjunto de células con morfología y funciones similares que se agrupan para llevar a cabo una actividad específica. (1 punto)

3.

3 puntos en total.

a. La información hereditaria contenida en el núcleo de las células eucariontes de un mismo organismo es igual en todas ellas; sin embargo, en cada célula se expresa la información

hereditaria de acuerdo a la función que esta cumpla en el

organismo. (1 punto)

b. Las células que constituyen los tejidos se han especializado, cambiando su forma y funcionalidad, de acuerdo al órgano. Por lo tanto, las células de los diversos tejidos y órganos de nuestro organismo son diferentes. (1 punto)

c. El organelo que debería estar más desarrollado en una célula secretora es el aparato de Golgi. (1 punto)

4.

6 puntos en total.

a. El gráfico que elaboren debería ser similar al siguiente: (2 puntos) Peso de los recién nacidos

90

-

Madres no consumidoras.

80 -

Madres consumidoras.

70 -

-'" ....

60 -

'"o

40 -

~

'C;;-

c:

u

..... o,

50 -

-

30 -

-

20 -

-

10 -

-

O

I I

I

< 2.500

I

> 2.999

2.500 - 2.999 Peso (g)

b. Tu respuesta debe contener la siguiente idea: el peso de los recién nacidos hijos de madres consumidoras es más bajo que el de los hijos de madres no consumidoras. (1 punto)

c. Tu análisis debería explicar que: los efectos de las drogas en los recién nacidos dependerán del tipo de droga usado y del tiempo de gestación que tenga el neonato al momento

del consumo, puesto que los efectos de

estas sustancias son variados. Por ejemplo, si la madre consume cocaína puede provocar en el recién nacido muerte súbita, defectos físicos, retraso mental, problemas de aprendizaje y conductuales, entre otros. ( 1 punto)

d.

En general exponer que: las drogas ingresan a las células produciendo Debido a que las células forman los tejidos buen funcionamiento

y

modificaciones y daños en sus estructuras.

estos a los órganos, se producen anomalías generales, que afectan el

de los sistemas y, por ende, perjudican la salud del individuo. (1 punto)

e. Podrías sugerir ideas como: realizar campañas de prevención, informar acerca de los efectos de las drogas en el organismo, divulgar testimonios

de personas con problemas de drogadicción, entre otras. (1 punto)

Biología

Evaluación de proceso (páginas 112 y 11 3) l.

6 puntos en total. a.

Durante el desarrollo embrionario, las células totipotenciales

proliferan y se diferencian en células especializadas que

forman los tejidos y órganos de un individuo. (2 puntos) b.

Durante el proceso de diferenciación celular, una célula totipotencial experimenta cambios morfológicos en su estructura

y adquiere nuevas características funcionales que permiten su especialización. (2 puntos) c.

Las células especializadas que forman cada uno de nuestros tejidos

y

órganos tienen el total de la información genética

para originar un nuevo organismo, pero expresan solo una parte de esta información necesaria para su función particular. (2 puntos)

2.


Las células que forman la blástula proliferan y migran, durante la gastrulación, proceso que da origen a las tres capas embrionarias: ectodermo, mesodermo y endodermo, las cuales formarán las diversas células de nuestro organismo.

b.

(2 puntos) Los procesos celulares básicos para la formación de un individuo son: proliferación celular, migración celular, determinación celular, diferenciación celular y apoptosis. (2 puntos)

3.

6 puntos en total. Cerebro: ectodermo. ( 1 punto) Huesos: mesodermo. (1 punto) Intestino: endodermo. (1 punto) Vasos sanguíneos: mesodermo. ( 1 punto) Oído medio: ectodermo. (1 punto) Hígado: endodermo. ( 1 punto)

Evaluación final (páginas 130 a 133) Blastocisto

l.

Mórula


(8 puntos). Proliferación

Gastrulación

Ectodermo Cigoto

Ectodermo


Solucionario

b. Al cuarto día de gestación, producto de la división celular del cigoto, el embrión está formado por dieciséis células, estructura que se denomina mórula. La blástula, en cambio, se forma al quinto día de gestación, producto implantación de los blastómeros en el endometrio.

de la migración e

( 1 punto)

c. La gastrulación es el proceso en que el blastocisto se transforma en embrión, organizado en tres capas: ectodermo, mesodermo y endodermo, formando la gástrula. Esta etapa comienza luego de la implantación y termina aproximadamente la tercera semana del desarrollo embrionario.

2.

(1 punto)

4 puntos en total. Tus respuestas pueden incluir las siguientes ideas:

a. Proliferación celular: es el aumento del número de células que se produce durante las primeras etapas del desarrollo de un individuo. ( 1 punto)

b. Migración celular: mecanismo en que se forman las estructuras de un nuevo individuo, a través del movimiento de las células. (1 punto)

c. Diferenciación: proceso que se lleva a cabo durante el desarrollo embrionario produciendo la especialización celular. (1 punto)

d. Apoptosis: se refiere a la muerte celular programada que se lleva a cabo durante el desarrollo embrionario para formar o moldear algunas estructuras del organismo, por ejemplo los dedos de las manos y de los pies. ( 1 punto)

3.

5 puntos en total.

a.

Ectodermo:

médula espinal y ojo. (2 puntos)

b. Mesodermo: corazón y columna vertebral. (2 puntos)

c.

4.

Endodermo:

estómago. (1 punto)

3 puntos en total.

a. Neuroepitelio: no podría formar el tubo neural y, por ende, las neuronas y la médula espinal. (1 punto) b. Hemangioblastos: el embrión no podría constituir los vasos ni las células sanguíneas. ( 1 punto) c. Células peridérmicas: el embrión tendría problemas en la formación de la piel. ( 1 punto)

5.

3 puntos en total. Tus respuestas deberían contener las siguientes ideas:

a. Las células totipotenciales

pueden expresar todos sus genes, mientras que las células diferenciadas están programadas

para expresar los genes necesarios para el buen funcionamiento

del tejido que forman. (1 punto)

b. Los hepatocitos son las células que forman el hígado y los enterocitos recubre el intestino. Ambos tipos celulares se diferenciaron;

son las células que constituyen

el tejido que

por lo tanto, se activaron los genes que tienen la informa-

ción necesaria para que cada una de ellas participe en las actividades metabólicas del órgano que forman. (1 punto)

c.

Las células miógenas están indiferenciadas; por el contrario,

las células que forman las fibras musculares se encuentran

diferenciadas, es decir, expresan una parte de sus genes e inactivan otros, con el fin de llevar a cabo su función. (1 punto)

6.

16 puntos en total. Tus definiciones deben coincidir con las siguientes:

a.

Enterocitos: presentan forma alargada con el núcleo ubicado en la base. (1 punto) Miocitos: células que tienen forma alargada con los núcleos en la periferia. ( 1 punto) Eritrocitos: tienen forma bicóncava, no tienen núcleo. ( 1 punto) Neuronas: presentan forma de estrella. (1 punto)

Biología

b.

Enterocitos: células que recubren ellumen

intestinal, su función es llevar a cabo la absorción de los nutrientes. (1 punto)

Miocitos: están encargados de la contracción y relajación de los músculos. (1 punto) Eritrocitos: forman parte del torrente

sanguíneo, se encargan de transportar el oxígeno a todos los tejidos del organismo.

(1 punto) Neuronas: células especializadas en la transmisión del impulso nervioso. (1 punto)

c. Los enterocitos forman el tejido intestinal ( 1 punto), los miocitos forman el tejido muscular (1 punto), los eritrocitos conforman el tejido sanguíneo (1 punto) y las neuronas constituyen el tejido nervioso. (1 punto)

d.

En los enterocitos, el núcleo se ubica en la zona basal de la célula y los organelos en la zona apical (1 punto); en los miocitos, el núcleo se encuentra desplazado hacia la periferia de la célula y en su citoplasma se distinguen bandas claras y oscuras que corresponden

a las miofibrillas que permiten

la contracción

y relajación de la fibra muscular (1 punto); los

eritrocitos carecen de núcleo y de organelos, y algunos elementos del citoesqueleto

presentan conexiones con proteínas

de la membrana plasmática (1 punto); las neuronas tienen un aparato de Golgi muy desarrollado orientado hacia el axón. (1 punto)

7.

2 puntos en total.

a. Las células madre embrionarias tienen la capacidad de transformarse en cualquier tipo celular, mientras que las células madre adultas se encuentran en algunos tejidos que tienen la capacidad de regenerar y solamente pueden renovar este tipo de células. (1 punto)

b.

La cantidad de eritrocitos

permanece

constante

en una persona sana, porque

estas células tienen

la capacidad de

regenerarse. ( 1 punto)

8.

6 puntos en total. Tus respuestas deben incluir las siguientes ideas:

a. Las células madre presentan la capacidad de transformarse en cualquier tipo celular. Durante el desarrollo embrionario este tipo de células se diferencian, vale decir, cambian su forma y función de acuerdo al tejido que formarán. (1 punto)

b.

Proliferación celular: cigoto, embrión (1 punto). Migración celular: cigoto, embrión (1 punto). Diferenciación celular: cigoto, embrión, bebé, niñez ( 1 punto). Apoptosis: embrión, bebé, niñez. ( 1 punto)

c. Las células madre que se encuentran en el tejido óseo permiten la reparación de las fracturas; sin embargo, esta regeneración es limitada. Las células que intervienen en este proceso son los osteoblastos. (1 punto)

Preparando la PSU (páginas 134 y 135) l. D 2. B


3. e 4. E

5. E 6. A

e

9. B

8. E

10. D

7.

Solucionario

Unidad 4 Fotosíntesis Evaluación diagnóstica (páginas 138 y 139) l. 5 puntos en total. 5 4 2 1 3

Biomolécula orgánica sintetizada mediante la fotosíntesis. (1 punto) Pigmento que absorbe luz y da color a las plantas. ( 1 punto) Organelo donde se realiza la fotosíntesis. ( 1 punto) Unidad de energía lumínica. (1 punto) Gas producido durante la fotosíntesis. (1 punto)

2. 3 puntos en total. Tus respuestas deben contener ideas similares a las siguientes: la fotosíntesis se lleva a cabo en las estructuras verdes de las plantas, como hojas y tallos, cuyas células contienen cloroplastos. Los elementos necesarios para este proceso son: la clorofila, luz solar, dióxido de carbono (C02) yagua (H20). Los productos de esta reacción son: glucosa (C6H1206) y oxígeno (02)' (3 puntos)

3. 7 puntos en total. a. 3 puntos en total. En plantas de ambientes templados la temperatura óptima para realizar fotosíntesis es O "C (1 punto); para líquenes alpinos, 20 "C (1 punto); y para plantas tropicales, 40 "C. (1 punto) b. 3 puntos en total. Se observa rendimiento fotosintético en plantas de ambientes templados entre los -20 "C Y 20 "C, aproximadamente (1 punto); en líquenes alpinos entre los O "C Y 60 "C, aproximadamente (1 punto); y en plantas tropicales, entre los 20 -c Y 60 oC, aproximadamente. (1 punto) c. Los organismos que sobrevivirán son las plantas de ambientes templados. (1 punto)

4. 3 puntos en total. a. Una posible hipótesis del experimento de Priestley es: la vela consume oxígeno (02) para su combustión, al igual que un ser vivo. ( 1 punto) b. El segundo ratón sobrevivió pues la planta, a través del proceso fotosintético produce oxígeno, gas que permite que el ratón respire y pueda sobrevivir en el ambiente aislado. (1 punto) c. El 02 es producido por las plantas permite la combustión de la vela y la sobrevivencia de un ser vivo. En el primer caso, la vela consumió todo el 02 disponible, razón por la cual esta se apaga y el ratón muere por la falta de oxígeno. En el segundo y tercer caso, la vela no se apaga y el ratón vive, ya que la planta produce el 02 necesario por medio de la fotosíntesis, permitiendo la combustión y la respiración. Cabe destacar que la vela y el ratón excretan como producto de sus reacciones dióxido de carbono (C02), gas indispensable para la fotosíntesis. (1 punto)

231

I

Biología

Evaluación de proceso

(páginas 152 y 153)

l. 7 puntos en total. a. Tilacoides: saco aplanado que en conjunto forma las granas. En su membrana se encuentra la clorofila, pigmento fotosintético que capta la luz solar. ( 1 punto) b. Tilacoide estromático: comunica a una grana con otra. (1 punto) c. Grana: conjunto de tilacoides apilados. ( 1 punto) d. Ribosoma: organelo celular encargado de traducir la información hereditaria mediante la síntesis proteica. (1 punto) e. Estroma: espacio interior del cloroplasto que contiene las estructuras de este organelo. ( 1 punto) f. Membrana interna: delimita el contenido intemo del cloroplasto. ( 1 punto) g. Membrana externa: delimita el cloroplasto por completo. (1 punto)

2.

6 puntos en total.

a. En el esquema se deben distinguir los siguientes organismos: (2 puntos) Sol

Productor

Herbívoro

Camívoro

Descomponedores b. La ecuación general de la fotosíntesis es: (2 puntos) Energía solar

6C02 Dióxido de carbono

+ +

6H20 Agua

+ +

6°2 Oxígeno

c. El oxígeno liberado en la fotosíntesis proviene de la ruptura de la molécula de agua. ( 1 punto) d. Las moléculas que conectan las dos fases fotosintéticas son el NADPH y el ATP. (1 punto)

3. 9 puntos en total. a. El factor que determina la ruta que sigue el ácido pirúvico es el oxígeno, pues su presencia determina la realización de la respiración celular, y su ausencia, el desarrollo de la fermentación. ( 1 punto) b. 8 puntos en total. Se considera correcta la respuesta si describes una de las vías anaeróbicas y la vía aeróbica. ~!.

~

Reactantes.

Glucosa (C6HI206)' (1 punto)

Glucosa (C6H I206)' (1 punto) ,

Productos.

Lactato. (1 punto)

Lugar en que se lleva a cabo. Función.


Etanol. (1 punto)

Acido pirúvico. (1 punto)

Células musculares. (1 punto)

Levaduras. (1 punto)

Mitocondrias de células eucariontes. (1 punto)

Otorgar energía frente al ejercicio físico intenso. (1 punto)

Fermentación del jugo de uva en vino. (1 punto)

Respiración celular. (1 punto)

I

Solucionario

4.

14 puntos en total. F.osfol'llació

cíclica. ~

untos

Fotosistemas utilizados.

PSI: P700 nm. ( 1 punto)

PSI!: P 680 nm y PSI: P 700 nm. ( 1 punto)

Productos.

ATP.(l

ATP, NADPH,

punto)

Origen de la energía.

De la clorofila, por medio de la cadena transportadora de electrones. ( 1 punto)

De la fotólisis del agua y de la clorofila, por medio de la cadena transportadora de electrones. ( 1 punto)

Procesos.

Solo funciona el fotosistema PS 1, generando únicamente A TP sin liberación de 02 y sin fotólisis de agua. Permite la mayor síntesis de A TP. (1 punto)

Ambos fotosistemas PS II y I actúan secuenciadamente, formando las moléculas portadoras de energía, el A TP Y el NADPH, con liberación de 02' (1 punto)

F. se biosintétlca (3 Bun os)

•

5.

02' (1 punto)

Reactantes.

Fotón + agua (H20) + clorofila. (1 punto)

Productos.

ATP, NADPH, 02' (1 punto)

Estructura en que se lleva a cabo.

Membrana del tilacoide, específicamente en los fotosistemas. ( 1 punto)

CO2 + ATP, NADPH Y ribulosa bifosfato (RuBP). ( 1 punto)

Estroma del cloroplasto. (1 punto)

3 puntos en total. Elaboran un esquema similar al siguiente indicando el nombre de cada etapa. (1 punto por cada una)

ADP~ ATP._,J Ribulosa S-fosfato (RuP)

Gliceraldehído 3-fosfato (ADPG)

,

----..-¡

Acido l,3-difosfoglicérico (ADPG) NADPH+H+ ~.NADP+

Biología

Evaluación final (páginas 166 a 169) l. 7 puntos en total. a. V. (1 punto) b. F, pues la energía se transmite de un eslabón a otro, además, cada uno de ellos disipa energía calórica al ambiente. (1 punto) c. F, solo los organismos productores fotosintetizadores obtienen sus nutrientes a partir de la fotosíntesis, ya que los organismos productores quimiosintéticos lo hacen por medio de la quimiosíntesis. ( 1 punto) d. F, el esquema representa una cadena alimentaria o trófica y el flujo de energía. (1 punto) e. F, en el esquema las flechas indican que la energía va disminuyendo debido a que cada especie utiliza parte de esta para sus propios procesos de síntesis y mantención. ( 1 punto) f. V. (1 punto) g. F, solo los organismos productores son capaces de aprovechar la energía proveniente del Sol para elaborar sus nutrientes. ( 1 punto)

2.

6 puntos en total. 5 Azúcar que reacciona con el CO2 en el ciclo de Calvin-Benson. (1 punto) 1 Etapa de la fotosíntesis dependiente de la luz. ( 1 punto) 3 Molécula orgánica producida durante la fotosíntesis. (1 punto) 6 Conjunto de reacciones cíclicas que permiten la formación de glucosa. (1 punto) 2 Etapa de la fotosíntesis que se realiza en el estroma del cloroplasto. (1 punto) 4 Moléculas portadoras de energía, requeridas para la fase biosintética. ( 1 punto)

3. 10 puntos en total.

,

•

Glucólisis

Citoplasma. (1 punto)

Glucosa. (1 punto)

Acido Pirúvico + ATP. (1 punto)

,

•

Respiración celular - Ciclo de Krebs

Matriz de la mitocondria y en el compartimiento intermembranoso. (1 punto)

Acido pirúvico. (1 punto)

Acetil-coenzima A+ CO2 + NADH + FADH2 + ATP. (1 punto)

-

Membrana interna de la mitocondria. (1 punto)

NADH + FADH2 + 02' (1 punto)

ATP + H20. (1 punto)

Cadena transportadora de electrones.

4. 6 puntos en total. Tus respuestas deben contener las siguientes ideas:

a. La producción de glucosa es máxima a los 30 "C. ( 1 punto)


Degradación completa de la glucosa, obteniendo 38 ATP como ganancia neta. (1 punto)

Solucionario

b. Porque las enzimas que participan en el proceso de fotosíntesis tienen una temperatura óptima, que varía en las diferentes especies, por lo que a temperaturas superiores o inferiores pierde funcionalidad, disminuyendo así la tasa fotosintética. (1 punto) c. Si la temperatura ambiental se mantiene en 15°C, el organismo no podría sobrevivir pues la actividad fotosintética es baja, y no produciría los nutrientes necesarios. ( 1 punto) d. Otros factores que pueden afectar la fotosíntesis son: Luz: es necesaria para que se lleve a cabo el proceso fotosintético. (1 punto) Agua: componente necesario en la fase fotoquímica y biosintética; fuente del 02 liberado por la planta y de H+ para la formación de las moléculas orgánicas; por lo tanto, es importante que se encuentre en la cantidad adecuada. (1 punto) CO2: su presencia asegura el aporte de las moléculas de carbono necesarias para la síntesis de glucosa. (1 punto)

5.

5 puntos en total. Tus preguntas deberían contener las siguientes ideas:

a. Al adicionar los nutrientes, existe un aumento en el crecimiento de las plantas. (1 punto) b. De los nutrientes, el nitrógeno (N) presenta mayores beneficios para las plantas, porque permite la formación de proteínas y ácidos nucleicos, macromoléculas que participan en la formación de estructuras. (1 punto) c. La adición de ambos nutrientes mejora la producción de biomasa en las plantas, porque estos permiten el incremento en la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicos permiten la producción de proteínas y, a su vez, las proteínas constituyen los tejidos que forman las estructuras de los organismos. ( 1 punto) d. La mayor producción de biomasa ocurre en plantas de ambiente húmedo, porque este abastece de agua a los vegetales, asimismo permite que sus estomas puedan abrirse e ingresar CO2. Ambos factores son indispensables para llevar a cabo la fotosíntesis. ( 1 punto) e. Si se aumenta la adición de nutrientes a las plantas, probablemente estas también incrementarían su biomasa. (1 punto)

Preparando la PSU (páginas 170 y 171) l. D 2. A

3. B 4. D

5.

A

6.

o

7. B 8. C

Unidad 5 La energía en los ecosistemas Evaluación diagnóstica (páginas 174 y 175) l. 2 puntos en total. a. Serpiente: incorpora sus nutrientes alimentándose de otros seres vivos, pues es un animal camívoro. Mata a sus presas por constricción, dado que posee una fuerte musculatura. Cuando sus presas son grandes, desencaja sus mandíbulas para ingerirlas. (1 punto) b. Algas: son organismos autótrofos, es decir, sintetizan sus propios nutrientes. Para ello, sus células contienen: cloroplastos organelos que poseen clorofila que capta la energía solar. (1 punto)

Biología

2.

21 puntos en total. Hierba: productor.

( 1 punto)

Langosta: consumidor.

( 1 punto)

Lagarto: consum idor, ( 1 punto) ,

Aguila: consumidor.

( 1 punto)

Puma: consumidor.

(1 punto)

Bacterias: descomponedores.

( 1 punto)

a. 3 puntos.

,

Hierba

Langosta

Lagarto

Puma

Aguila

Bacterias

b.

Productores: organismos capaces de ingresar energía al ecosistema. (1 punto) Consumidores:

se refiere a los seres vivos que deben obtener

la energía y materia a través de la incorporación

de

alimentos. ( 1 punto) Descomponedores

o detritívoros: organismos que degradan la materia orgánica

y

la devuelven al medioambiente. (1 punto)

c. Si se extinguieran las lagartijas, aumentaría la población de langostas y, por lo tanto, disminuiría la población de hierbas. (1 punto)

d.

La hierba permite transformar

energía lumínica en energía química e incorporarla

a los otros seres vivos en un ecosis-

tema, mientras que las bacterias permiten devolver la materia nuevamente al rnedioambierrte

a través de la descomposi-

ción de organismos muertos. (2 puntos)

e. Langosta: hervíboro. ( 1 punto) Lagarto: carnívoro. ( 1 punto) ,

Aguila: carnívoro. ( 1 punto) Puma: carnívoro. ( 1 punto)

f.

El nivel trófico

que presenta menor energía, sin considerar a los descomponedores,

es el puma, ya que es el último

eslabón de la cadena trófica. ( 1 punto)

g. En esta cadena alimentaria, el depredador tope es el puma porque es el consumidor que no tiene depredadores naturales. ( 1 punto)

3.

3 puntos en total.

a. Las tres primeras causas de incendios forestales son el tránsito de personas, vehículos y aeronaves (47,8%), la intencionalidad (13,6%) y las operaciones en vías férreas (13,4%). (1 punto) b. Los incendios forestales afectan directamente a los productores. (1 punto) c. Los incendios afectan directamente a los productores que son la base de las cadenas alimentarias impidiendo la incorporación de energía, así también destruyendo

4.

el hábitat de diversos seres vivos. ( 1 punto)

Se pueden considerar como correctas las siguientes respuestas: por una parte los seres vivos que habitan comunidades cuevas podrían utilizar como base de sus interacciones tróficas a los organismos quimiautotrófos,

de

quienes sintetizan materia

orgánica a través sustancias químicas, como los minerales. Por otra parte, también sería posible que los organismos que entran y salen de las cuevas fueran herbívoros de manera que se alimenten de productores


que viven fuera de las cuevas. ( 1 punto)

Solucionario

Evaluación de proceso (páginas

186 y 187)

l. 7 puntos en total. a. Los organismos de esta trama trófica obtienen la energía mediante los productores que captan la energía del Sol y la transfieren a los demás organismos. (1 punto) b. Esta trama esta compuesta por, al menos, cinco cadenas tróficas. ( 1 punto) c. Los depredadores tope de esta trama trófica son: la araña pollito y la mantis. (2 puntos) d. El nivel trófico que presenta mayor cantidad de energía es la planta. (1 punto) e. Una posible pirámide podría ser: (2 puntos) Consumidores terciarios: grillo rojo Consumidores

secundarios: chinita

Consumidores

primarios: pulgones Productor: zarzamora

2. 6 puntos en total. a. (1 punto) PPN= PPB - R PPN= 20.810 Kcal/m2/año - 11.970 Kcal/m2/año. PPN= 8.840 Kcal/m2/año. b. (3 puntos) PN consumidor primario: 884 Kcal/m2/año. PN consumidor secundario: 88,4 Kcal/m2/año. PN consumidor terciario: 8,84 Kcal/m2/año. c. (2 puntos) Consumidores terciarios Consumidores Consumidores

8,84 Kcal/m2/año.

secundarios

88,4 Kcal/m2/año.

primarios

884 Kcal/m2/año.

Productor

8.840 Kcal/m2/año.

3. 4 puntos en total. Productor: Herbívoro: Carnívoro Carnívoro

10.000 Kcal. (1 punto) 1.000 Kcal. ( 1 punto) 1°: 100 Kcal. (1 punto) 2°: 10 Kcal. (1 punto)

Biología

Evaluación final (páginas 208 a 21 1) l.

4 puntos en total. Tus respuestas deberían contener las siguientes ideas:

a. La pirámide corresponde a una pirámide de energía, pues representa la transferencia de energía entre los seres vivos y está organizada dejando a los organismos que presentan mayor flujo de energía en la base de la pirámide y en la cúspide, a los que presentan menor cantidad de energía. ( 1 punto)

b. El flujo de energía es mayor de los productores

a los consumidores

primarios, puesto que los productores

son los

primeros en captar la energía solar. ( 1 punto)

c. Los organismos detritívoros se encuentran fuera de la pirámide trófica porque ellos reciben energía de los todos los niveles tróficos. ( 1 punto)

d. La productividad primaria neta en esta pirámide trófica es 0,55 Kcal/m2/h, cantidad de energía disponible para entregar al siguiente nivel trófico. ( 1 punto)

2.

6 puntos en total. A: productividad

primaria neta. ( 1 punto)

B: productividad

primaria bruta. ( 1 punto)

A Y B: productividad

primaria. (1 punto)

C, D, E, F, G y H: productividad

3.

secundaria. (1 punto)

A, C, E y G: productividad

neta. ( 1 punto)

B, D, F Y H: productividad

bruta. ( 1 punto)

Tu respuesta debe considerar las siguientes ideas: la productividad productividad

neta de los consumidores

ductores. Los productores

secundarios es menor que la

primarios, porque estos últimos son los que reciben la energía captada por los pro-

utilizan esta energía para realizar sus procesos metabólicos y, finalmente, una pequeña parte de

ella queda a disposición de los consumidores

4.

neta de los consumidores

primarios. ( 1 punto)

7 puntos en total. Ciclo del agua

Ciclo del carbono

Ciclo del nitrógeno

1. Precipitación. ( 1 punto)

3. Respiración. ( 1 punto)

5. Amonificación.

2. Evaporación. (1 punto)

4. Fotosíntesis. (1 punto)

6. Nitrificación.

( 1 punto) (1 punto)

7. Fijación del nitrógeno.

5.

( 1 punto)

3 puntos en total. Tus respuestas deben considerar ideas similares a las siguientes:

a. La cantidad de DDT aumentó desde los productores hacia los consumidores, dado que el plaguicida no era biodegradable, por lo tanto, se acumuló en los tejidos grasos de los organismos y cuando se produjo la interacción alimentaria, esta sustancia se fue acumulando en los consumidores.

(1 punto)

b. El agua presenta una menor concentración de sustancias tóxicas que los productores, porque estos al ingerir diariamente agua contaminada la van acumulando en sus tejidos, provocando

el proceso de amplificación biológica o bioacumulación.

(1 punto)

c. Ciertamente que el ser humano puede contaminarse con el plaguicida. Puede saber que existe un ecosistema contaminado, observando el desarrollo biológico de los organismos bioindicadores.


(1 punto)

Solucionario

6.

3 puntos en total.

a. Pirámide de número. ( 1 punto) b. Pirámide de energía y ley del 10%. ( 1 punto) c. Pirámide de número. (1 punto)

7.

6 puntos en total. Tus respuestas deberían considerar las ideas que se exponen a continuación:

a. 8 puntos en total. Para cada especie debes elaborar un gráfico de abundancia con los cuatro muestreos; por cada gráfico obtienes 1 punto. El primer gráfico debería ser similar al siguiente: Especie: Pez 1 200 180 160 140 -

-

120 100 -

-

80 60 40 20 O

I

Muestreo 1

I

Muestreo 2

I

I

Muestreo 3

Muestreo 4

b. La disminución en la abundancia de las especies del río podría ser producto de la contaminación generada por los procesos industriales. ( 1 punto) c. Según los datos de la tabla, la especie de alga 1 se ve favorecida por la contaminación dado que en los tres muestreos siguientes se percibe un aumento de su abundancia previo a la contaminación. (1 punto) d. La especie que se ve más afectada por los residuos vertidos en el río es el insecto 3, puesto que la abundancia detectada en el cuarto muestreo es muy inferior a su abundancia inicial. Esta especie es altamente sensible a la contaminación de su medioambiente. (1 punto) e. De las especies estudiadas podrían utilizarse como bioindicadores el alga 1, porque aumenta su población en presencia de contaminación, y el insecto 3, puesto que disminuye su población en condiciones desfavorables. ( 1 punto) f. Dado que en la mayoría de las especies los valores de abundancia registrados en el cuarto muestreo son muy cercanos a los datos arrojados en el muestreo inicial, se infiere que este ecosistema está en pronta recuperación. ( 1 punto)

Preparando la PSU (páginas 212 y 21 3) l. 2.

e A

3. e 4. B

5. B 6. B

7. A

Biología

Glosario Abundancia (p. 205): término que se refiere al número de individuos de una especie determinada, que habitan en una comunidad, Acuaporinas (p. 74): grupo de proteínas transmembrana que permiten el paso de agua a través de los compartimentos membranosos, Anabólicas (p. 19): reacción metabólica que utiliza energía para sintetizar moléculas complejas a partir de moléculas simples,

Bioluminiscencia (p. 84): reacción química que se produce en algunos seres vivos, en los que una proteína llamada luciferina se oxida mediante la enzima luciferasa emitiendo luz, Biomasa (p. 180): se refiere a la materia orgánica de origen animal o vegetal que se expresa en peso y que se puede medir en un área determinada, Bosque maduro (p. 145): bosque constituido por árboles que tienen muchos años de vida,

+ Moléculas simples

Biodiversidad (p. 204): variedad de organismos vivientes que comprende el número de especies en un área determinada, así como la cantidad de organismos de cada especie presentes en ella,

Energía

Molécula compleja

Anaeróbica (p. 194): denominación que reciben las reacciones que carecen de oxígeno, Anfipáticos (p. 33): moléculas que posee dos características simultáneas: parte de su estructura es hidrofilica y la otra es hidrofóbica,

Cadenas tróficas (p. 140): representación gráfica de las relaciones de alimentación entre los organismos de una comunidad; muestra el flujo de energía y materia, Cáncer hematológico (p. 126): tipo de cáncer que afecta a la sangre y a la médula ósea, como linfoma, mieloma y leucemia, Ectodermo

Apoptosis (p. 16): muerte celular programada genéticamente, Este proceso es parte del ciclo celular, Se lleva a cabo para mantener el desarrollo normal de los tejidos, Se refiere a una sucesión de acontecimientos realizados por la célula para programar su muerte, cuando ya cumplió su vida útil.

Capas germinativas o embrionarias (p.102): son tres: ectodermo, mesodermo y endodermo, Están formadas por un conjunto de células, originanadas durante la embriogénesis y que permitirán al

A TP (p. 17): sigla que significa adenosín trifosfato, nucleótido

emb~ión el desarrollo de todos sus organos. Mesodermo

que constituye la principal fuente de energía para los seres ,

VIVOS,

Atrofia (p. 127): disminución anormal del tamaño de las células y, por ende, de los órganos que forman, Bentónicos (p. 205): insectos acuáticos que viven adheridos al sustrato de los ríos, donde se desarrollan sus larvas, Son utilizados como bioindicadores.


•

o

o o

:

00

·.·0

.~

1

Endodermo

Cardiomiocitos (p. 70): células que forman el tejido cardíaco; tienen la capacidad de contraerse y relajarse, produciendo los latidos del corazón,

Glosario

Catabólica (p. 19): reacción metabólica en la que se degradan moléculas complejas en otras más simples, En este proceso químico se libera energía,

Cromatina (p. 41): complejo formado por las moléculas de ADN y proteínas (principalmente histonas) presentes en el núcleo,

o Molécula compleja

Corteza suprarrenal (p. 34): glándula endocrina ubicada sobre los riñones, Cumple varias funciones: mantener el equilibrio de fosfato y sodio, aumentar la glicemia y adaptar al organismo a situaciones de estrés, entre otras,

+

Moléculas simples

Diferenciación celular (p. 61): proceso que ocurre durante el desarrollo embrionario a través del cual las células se diferencian obteniendo una forma y función determinadas,

Energía

Distrofia muscular (p. 127): conjunto de enfermedades hereditarias que causan debilidad y pérdida de la masa muscular,

Células madre (p. 102): derivan de las células del embrión en estado de blastocisto y tienen la capacidad de originar los diferentes tipos celulares,

Divertículo (p. 107): estructura formada por el endodermo, que se diferencia para formar los hepatocitos (células que constituyen el hígado),

Células troncales (p. 102): son un tipo de células madre que se encuentran en todos los tejidos -de los organismos pluricelulares adultos- que tienen capacidad de renovarse y a la vez diferenciarse en el tipo celular del tejido que constituyen,

Electrolitos (p. 24): sustancias que al estar inmersas en agua se disocian en iones, es decir, liberan iones que conducen la corriente eléctrica,

Ciclo biológico (p. 199): secuencia de eventos en el transcurso de la vida de un organismo desde que nace hasta que se reproduce y da origen a un nuevo individuo que repite el ciclo,

Endemismo (p. 204): término utilizado en ecología para referirse a las especies que habitan exclusivamente en un área geográfica determinada,

Cigoto (p. 60): célula que se forma de la unión del ovocito y el espermatozoide, luego de la fecundación,

Energía cinética (p. 23): energía asociada al movimiento de los cuerpos,

Compost (p. 201): sustancia producida por la descomposición intermedia de la materia orgánica, bajo condiciones controladas, Es rica en nutrientes y sirve de abono,

Enlace covalente (p. 21): enlace químico que se produce cuando dos átomos comparten pares de electrones,

Clorofila (p. 142): pigmento verde que absorbe energía solar durante el proceso de fotosíntesis, Este pigmento le da el color verde a los vegetales,

H

Cloroplastos (p. 143): organelos propios de las células vegetales, en los que ocurre la fotosíntesis,

H

Enlace fosfodiéster (p. 40): enlace covalente entre un grupo hidroxilo (-OH) en el carbono 3' del azúcar del primer nucleotido y el grupo fosfato (H3PO 4) en el carbono S' del nucleotido siguiente, Este tipo de enlace mantiene la estructura de los ácidos nucleicos.

Cloroplasto

241

I

Biología

Enzimas (p. 16): moléculas que generalmente son de naturaleza proteica. Actúan como catalizadores orgánicos, es decir, aceleran las reacciones químicas que se llevan a cabo en el metabolismo celular. Estomas (p. 143): poros que se encuentran en la superficie de las hojas y permiten el intercambio gaseoso.

Exoesqueleto (p. 31): denominación que recibe el esqueleto de los artrópodos, porque se ubica extemamente. Este otorga rigidez, permite la inserción de los músculos y evita la deshidratación. Fecundación in vitro (p. 126): técnica que produce la fecundación fuera del útero materno. Se lleva a cabo en parejas con problemas de infertilidad. Fitohormonas (p. 150): sustancias químicas que regulan el crecimiento y desarrollo de los vegetales. Fotólisis del agua (p. 147): reacción química que se produce en la fase clara de la fotosíntesis. La energía radiante escinde la molécula de agua, produciendo iones y oxígeno. Fotorreceptor captar luz.

Glándula (p. 72 y 107): órgano encargado de la secreción de sustancias. En el caso de las glándulas endocrinas, secretan hormonas al torrente sanguíneo. Mientras que las glándulas exocrinas, como las sudoríparas, secretan sudor hacia el exterior del cuerpo. Glóbulos blancos (p. 80): también llamados leucocitos, son células sanguíneas implicadas en la defensa del organismo contra células tumorales e infecciones causadas por agentes patógenos (virus, bacterias y parásitos).

)

•

, I

Glóbulo blanco

Gradiente de concentración (p. 70): diferencia en la concentración de soluto y solvente de dos soluciones o medios contiguos. Gradiente electroquímico (p. 70): diferencia de cargas eléctricas entre el medio intracelular y extracelular. Hemoglobina (p. 24): proteína constituyente de los glóbulos rojos, posee alta afinidad por el oxígeno y lo transporta a través del organismo. Hemolíticos (p. 84 ): sustancias que dañan los glóbulos rojos provocando la liberación de la hemoglobina al plasma.

(p. 142): célula que tiene la capacidad de

Fuerzas intermoleculares (p. 39): fuerzas de atracción débiles que unen a las moléculas. Gastrulación (p. 102): migraciones celulares que permiten el establecimiento de las capas embrionarias, producto de lo cual el blastocisto se transforma en un embrión organizado en tres capas, llamado gástrula. Esta etapa del desarrollo comienza luego de la implantación y culmina en la tercera semana, aproximadamente. Genes (p. 110): un gen es un segmento de ADN que tiene la capacidad de expresar la información necesaria para la síntesis de una proteína.


Hepatocitos (p. 17): denominación que reciben las células que forman el hígado. Hidrólisis (p. 31): reacción que permite la separación de un enlace covalente a través de una molécula de agua. Hipertrofia (p. 108): se refiere al aumento del tamaño de las células, lo que produce un crecimiento anormal del órgano que constituyen. Hipocampo (p. 86): estructura ubicada en la superficie de la corteza cerebral, específicamente en el lóbulo temporal. Permite la consolidación del aprendizaje y la memoria.

Glosario

Hormonas

(p. 17): sustancias químicas de naturaleza

Metales pesados (p. 197): elementos químicos de alta

lipídica o proteica, que actúan como mensajeros químicos.

densidad, utilizados en diversos procesos industriales y que

Generalmente

suelen ser neurotóxicos

son transportadas a través del torrente

sanguíneo para establecer la comunicación

para los organismos.

entre órganos

diferentes y regular su funcionamiento.

Mitosis (p. 104): proceso que es parte del ciclo celular; permite la división de la célula generando dos células

Interacciones

hidrófobas

(p. 38): interacción débil que se

idénticas a la progenitora.

produce entre una molécula que repele el agua (hidrofóbica) y un medio acuoso.

Morfogénesis embrionario,

Interacciones

iónicas (p. 38): enlace químico débil que se

forma de la unión electrostática entre un ion

(p. 89): proceso que es parte del desarrollo permite organizar la forma y ubicación de

tejidos y órganos en los sistemas del organismo.

y un catión.

NADPH

(p. 146): sigla del compuesto

Iones (p. 24): moléculas que han perdido o ganado uno

adenina dinucleótido

o varios electrones, adquiriendo

el CO

carga eléctrica. Al perder

electrones, el átomo neutro se transforma

en un catión,

químico nicotiamida-

fosfato. Es una coenzima que reduce

en la etapa de fijación del dióxido de carbono 2 durante la fotosíntesis.

ion con carga positiva; por el contrario, al ganar electrones

.,

.

Neurotransmisores

pasa a ser un anron, con carga negativa.

(p. 66):

sustancias químicas sintetiLinfocito

(p. 80): es un tipo de leucocito que se encuentra

principalmente

zadas y liberadas al medio extracelular por las neu-

en los órganos del sistema linfático.

ronas. Permiten la comuniLinfoma (p. 127): enfermedades

malignas del tejido linfático.

cación (sinapsis) entre las células nerviosas.

Macrófagos

.. .

....

Botón sináptico

(p. 46): tipo de glóbulo blanco que tiene la

Neurotransmisor

capacidad de fagocitar, es decir, rodear a los agentes patógenos, ingerirlos

Osificación

y destruirlos.

(p. 108): proceso que permite la formación

de

los huesos, a través del depósito de calcio y sales minerales, Medicamento

vasoactivo

(p. 84): sustancia química que

que endurecen la matriz ósea.

ejerce un efecto sobre el calibre de los vasos sanguíneos. Osteoporosis Medio abiótico

(p. 176): elementos inertes que constituyen

un ecosistema; por ejemplo, humedad, lluvia, temperatura,

(p. 122): enfermedad

que se produce por la

disminución de la densidad ósea, debido a la pérdida de calcio, que trae como consecuencia propensión

a las fracturas.

entre otras. Oxidación Medio biótico

(p. 176): se refiere al conjunto de seres

cuando un átomo o un grupo de ellos cede electrones.

vivos que constituyen los ecosistemas.

Aumentan

Metabolismo

Percolación

(p. 14): conjunto de reacciones químicas que

se llevan a cabo en las células. Estas transformaciones

per-

(p. 195): reacción química que se produce sus cargas positivas. (p. 200): filtración de un fluido a través de un

material poroso. Por ejemplo, los líquidos

miten al organismo utilizar la materia y la energía que incor-

la descomposición

poran de su medioambiente.

filtran por el suelo, contaminando

Asimismo, producen desechos

metabólicos, es decir, sustancias que son producto

producidos

por

de la materia orgánica de la basura se las napas subterráneas.

de la

actividad celular y que deben ser eliminadas del organismo.

Biología

Paludismo (p. 196): o malaria, es una enfermedad causada por un parásito transmitido al ser humano a través de la picadura de un mosquito. El parásito se desarrolla en el hígado y luego se propaga a los eritrocitos. Esta enfermedad causa vómitos, fiebre, cefaleas e incluso puede ocasionar la muerte del individuo infectado. Patógenos (p. 80): cualquier agente biológico que puede causar daño al organismo, como virus, bacterias, parásitos, entre otros.

Quimiosíntesis (p. 140): proceso del que se obtiene materia orgánica a partir de moléculas inorgánicas, como dióxido de carbono, metano y sales minerales. Reactante (p. 192): sustancia que en una reacción química se transforma, produciendo otras que tienen propiedades diferentes a las iniciales. Reducción (p. 194): reacción química que se produce cuando un átomo o un grupo de ellos acepta electrones. Se produce una disminución de sus cargas positivas.

Peptidoglucanos (p. 14): o peptidoglicanos, proteínas unidas a hidratos de carbono; forman parte de la pared celular de las bacterias.

Regulación génica (p. 43): regulación de la expresión de los genes.

Polímero (p. 31): molécula de gran tamaño formada por pequeñas estructuras similares llamadas monómeros, que se repiten muchas veces.

Replicación (p. 41): proceso en que se generan nuevas copias de ADN de forma semi conservativa, es decir, sintetizando una hebra nueva y conservando una hebra antigua. Resorción ósea (p. 120): absorción del tejido óseo para renovar y remodelar los huesos, y así puedan responder a las exigencias del organismo en forma óptima. Riqueza (p. 205): se refiere al número de especies que habitan en un área determinada. Savia cruda (p. 143): sustancia que es transportada hacia el tallo y las hojas, formada por agua y sales minerales.

Procesos metabólicos

(p. 12): ver metabolismo.

Proliferar (p. 84): aumento en el número de células. Proteína multimérica (p. 39): proteína de gran tamaño formada por varias subunidades. Cada subunidad es una cadena polipeptídica. Por ejemplo, la hemoglobina está compuesta por cuatro subunidades. Puente disulfuro (p. 38): o enlace disulfuro, es un enlace químico covalente que se forma entre los grupos azufre de dos aminoácidos contiguos. Punto de fusión (p. 66): temperatura en que una determinada sustancia cambia de estado sólido a líquido.


Savia elaborada (p. 143): sustancia formada por agua, glucosa y otros comspuestos químicos que se producen en las células de las plantas. Esta sustancia es transportada por los tallos hasta la raíz, donde la glucosa se almacena en forma de almidón. Sistemas agropecuarios agrícolas y ganaderas.

(p. 196): comprende

las actividades

Sistema inmune (p. 43): conjunto de órganos que tienen por función defender a nuestro organismo de los agentes patógenos. Sistema nervioso central (p. 60): formado por el encéfalo y la médula espinal. Su función es regular y coordinar la función de todos los sistemas del organismo.

Glosario

Sistema nervioso periférico (p. 60): formado por nervios y neuronas que se encuentran fuera del sistema nervioso central (SNC). Permite la comunicación de las estructuras que forman el SNC.

Trofoblasto (p. 127): conjunto de células que forman la capa externa del blastocisto. Se desarrolla en la primera etapa del embarazo, constituyendo parte de la placenta. Su función es proveer de nutrientes al embrión.

Somitas (p. 108): agrupaciones celulares derivadas del tubo neural. Estas células son las precursoras de estructuras como vértebras, costillas, médula espinal, dermis y células musculares.

Tubo neural (p. 107): estructura formada por un tejido denominado neuroepitelio, compuesto por células totipotenciales, que dará origen a las diferentes células nerviosas, por ejemplo, las neuronas, médula espinal y el cerebro, entre otras.

Superdepredadores (p. 178): denominación que reciben los camívoros que se alimentan de otros camívoros; también son llamados consumidores cuaternarios. Sustrato (p. 37): sustancia sobre la cual actúan las enzimas.

Valencia (p. 21): se les llama así a los electrones que se encuentran en el último orbital del átomo. Los electrones de valencia permiten formar moléculas a través de la interacción entre los átomos.

T otipotenciales (p. 102): característica de algunas células, que pueden dar origen a todos los tipos celulares del cuerpo. Toxinas (p. 37): sustancias dañinas para el organismo. En algunos casos, pueden ser producidas por . . rrucroorgan isrnos, Tramas tróficas (p. 144): representan las relaciones alimentarias reales entre los seres vivos de un ecosistema. Transporte activo (p. 71): movimiento de moléculas a través de la membrana plasmática. Este transporte requiere energía, pues se produce en contra del gradiente de concentración. Transporte celular (p. 70): proceso por medio del cual transitan sustancias hacia el interior celular o hacia el exterior. Transporte pasivo (p. 71): intercambio de sustancias pequeñas y sin carga a través de una membrana semipermeable, se lleva a cabo a favor del gradiente de concentración, por lo tanto, no requiere energía. Taquicardia (p. 86): patología que produce la aceleración de los latidos cardiacos. Puede ser un síntoma de alguna enfermedad que afecte el sistema cardiovascular.

Biología

Audesirk, T" Audesirk, G" Byers, B, (2008) Biología de la

De Kruif. p, (sf) Cazadores de microbios, Ediciones Nueva

vida en la Tierra, (8a edición) México: Pearson Prentice Hall.

Fenix.

Burt, R" Y otros, (2008) Clinical applications of blood-

De Robertis, E, y De Robertis, E, (1994) Biología celular y

derived and marrow-derived

molecular. (11 a edición) Argentina: Editorial El Ateneo,

stem cells for nonmalignant

diseases. The Journal of the American Medical Association, Feb 27, 299(8), pp, 925-936,

Echeverría, M" Zardoya, R, (2006) "Acuaporinas: los canales de agua celulares", Revista Investigación y

Burt, R" Y otros, (2009) "Autologous

Ciencia, diciembre, p, 60-67,

non-myeloablative

haemopoietic stem cells transplantation

in relapsing-

remitting multiple sclerosis: a phase 1/11study". The Lancet

Estrada, p" y otros, (2006) "Análisis de comunidades de

Neurology, vol. 8, tema 3, pp. 244-253,

insectos bentónicos en un río precordillerano:

río Clarillo

(Chile: Central)", Acta Zoológica Lilloana, 50 (1-2): 3-14, Bustos, p" y otros, (2003) "Factores de riesgo de enfermedad cardiovascular en adultos jóvenes", Revista

Facultad de Medicina, Universidad de Chile, (2009)

Médica de Chile, 131, 973-980,

"Chilenos desentrañan mecanismos que explican la supresión de tumores", Boletín El Pulso [on line J,

Carlson, B, (2005) Embriología humana y biología del

16 de abril.

desarrollo, Madrid: Elsevier, Guyton, A, Y Hall. (2006) Tratado de fisiología médica, 11 a edición, España: Editorial Elsevier.

Carrillo, M, "Selectividad iónica de canales biológicos, Simulaciones numéricas de sistemas simplificados usando potenciales refinados",

Guzmán, P. y otros, (2006) "Expresión inmunohistoquímica

En: http://chem,acad,wabash,edu/ -trippm/ docs/thesis

del complejo E-caderina-catenina en cáncer gástrico:

/thesis,html

Relación con variables clínico-morfológicas

y sobrevida

de pacientes", Revista Médica de Chile [online J, Cerletti, M" (2008) Highly efficient, functional engraftment

vol. 134, No, 8,

of skeletal muscle stem ce lis in dystrophic rnuscles, Cell, Vol. 134, Issue 1, pp, 37-47,

Instituto de Salud Pública, (2004) "Actualidad científica y técnica, Información a la comunidad, Marea Roja",

Corti, S" Y otros, (2008) "Neural stem cells transplantation can ameliorate the phenotype of a mouse model of

Laflamme, M" Y otros, (2007) "Cardiomyocytes

spinal muscular atrophy", The Journal of Clinic Investigation,

from human embryonic stem cells in pro-survival factors

118(10), pp. 3316-3330,

enhance function of infarcted rat hearts". Nature

derived

Biotechno/ogy, vol. 25, No, 9, pp, 10 15-1024, Curtis, H" Barnes, N, S, (2006) Biología, (6a edición)

-

Buenos Aires: Editorial Médica Panamericana,

Lodisch, H" Y otros, (2003) Biología celular y molecular, (4a edición) Madrid: Editorial Médica Panamericana S, A,

Darabi, R" y otros, (2008) "Functional skeletal muscle regeneration from differentiating embryonic stem cells",

Macarulla, J. M" Goñi, F, M, (2000) Bioquímica humana,

Nature Medicine, vol. 14, No, 2, pp, 134-143,

Curso básico, Barcelona: Reverté.


I

246

Mataix y Carazo. (2005) Nutrición para educadores. Editorial Díaz Santos.

Valenzuela, A. (2005) "El salmón: un banquete de salud".

Minsal. (2006) Segunda Encuesta de calidad de vida y salud. Chile.

Valenzuela, A. (2008) "Pescado escaso en nuestro plato

Molles, M. (2005) Ecología: conceptos y aplicaciones.

Varela, F. (2002) El fenómeno de la vida. (2a edición) Santiago: Ediciones Dolmen.

España: Mc Graw Hill Interamericana. Olivares, S.,y otros (2005) "Estado nutricional y consumo de alimentos seleccionados en escolares de la Región Metropolitana: línea base para un proyecto de promoción del consumo de pescado. Revista Chilena de Nutrición [online J, vol. 32, No. 2.

y en el mar". Nutrición 21, 20, marzo-abril.

Varios autores. (1993) Elementos de biología celular y genética. Departamento de Biología Celular y Genética, Facultad de Medicina, Universidad de Chile. Zacarías, l, Olivares, S. Comamos pescado. La importancia

Raven, P., Evert, R., Eichhorn, S. (1999) Biology of plants.

(6a edición) EEUU: W. H. Freeman and Company/Worth

Revista Chi lena de Nutrición [online J, vol. 32, No. 1.

Publishers.

Suárez, B., Guzmán, L. (2005) Floraciones de algas nocivos. Mareas rojas y toxinas marinas. Disponible en: www.marearoja.cl Takahashi, K., y otros (2006) "Induction of pluripotent

del pescado en la nutrición humana. Material Educativo desarrollado en el marco del Proyecto FDI-CORFO 2004-2005 "Desarrollo de productos innovativos y sistemas de promoción para incrementar el consumo de pescado a nivel infantil", dirigido por la Fundación Chile con la participación del INTA (Instituto de Nutrición y Tecnología de los Alimentos), la Pontificia Universidad Católica de Chile y la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso.

stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors". Cell, agosto. 25, 126(4), pp. 663-676. Takahashi, K., Y otros. (2007) "Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors". Cell. 30, 131(5), pp. 861-872. Thomson, J., y otros. (1998) "Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts". Science, 6, vol. 282, No. 5391, pp. 1145-1147. ,

Valenzuela, A. (2008) Acidos grasos con isomería trans 1: su origen y los efectos en la salud humana. Revista Chilena de Nutrición [on line J, Vol. 35, No. 3. ,

Valenzuela, A. y Nieto, S. (2001) "Acido docosahexaenoico (DHA) en el desarrollo fetal y en la nutrición maternoinfantil". Revista Médica de Chile [online J, vol. 129, No. 10.

Biología

radecimientos

Conaf por la fotografía de rana chilena (p. 141). Dr. Sergio Flores Carrasco, académico del Departamento de Antropología, Facultad de Ciencias Sociales, Universidad de Chile, por la revisión de la unidad 3. Instituto de Fomento Pesquero-Magallanes, por la revisión de Marea roja: peligro en el mar (pp. 84-87)y por las fotografías de microalgas (p. 84) y mapa de distribución de toxinas (p. 85). Juan T assara,Aves de Chile, por la fotografía de zorzal (p. 177). Karukinka, Tierra del Fuego, Chile, por el mapa de la reserva (p. 162). Sr. Marcelo Espinoza Neumánn, tecnólogo médico, por la fotografía de bacteria (p. 174). Profesora Patricia Estrada M., Instituto de Entomología, Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación, por la fotografía de efemeróptero

(p. 199).

Dr. David Lemus, director del Programa de Anatomía y Biología del Desarrollo, Facultad de Medicina, Universidad de Chile, por la revisión de las páginas referidas a embriología (unidad 3). Sr. Jorge Sans Puroja, gerente general de BioJSP,por las fotografías de tejido cardiaco (p. 10), células vegetales (p. 12), división celular (p. 13), células epiteliales (p. 66), eritrocitos en diferentes soluciones (p. 75) y corte histológico de piel (p. 120). Ph. D. Andrew Quest, profesor titular y subdirector del Centro de Estudios Moleculares de la Célula, Facultad de Medicina de la Universidad de Chile, por la fotografía de cavéolas (p. 89) y la revisión de la lectura científica de la unidad 2. Sr. Alejandro Munizaga, jefe del Servicio de Microscopía Electrónica, Facultad de Ciencias Biológicas, Pontificia Universidad Católica de Chile, por las fotografías de bacterias (p. 20), células musculares (pp. 31, 60 Y 131), neuronas (pp. 60, 100 Y 131) y tejido óseo (pp. 60 y 120). Santillana Bicentenario

Biología 1º Año Medio Santillana Bicentenario.pdf

Recommend Documents