Biología 1 Full

BACHILLERATO

Biología 1 Marta Patricia Velázquez Ocampo

DESARROLLA COMPETENCIAS

Esta caricatura es la interpretación del artista ChoperNawers acerca de biología. Con ella comenzamos aplicando uno de los objetivos del enfoque por competencias: la sensibilidad al arte, de manera tal que puedas establecer, desde la primera página, una relación creativa entre tú y el significado de esta materia.

BIOLOGÍA 1

Velázquez Ocampo, Marta Patricia. Biología 1 / Marta Patricia Velázquez Ocampo; ilustraciones Omar Mena, José Salazar. -- 2ª ed. -- México: ST Editorial, 2012. 224 páginas: ilustraciones; 28 cm. -- (Colección bachillerato) Bibliografía: página 224 En la cubierta: Desarrolla competencias ISBN 978 607 508 065 9 1. Biología – Estudio y enseñanza (Superior). 2. Biología – Instrucción programada. I. Mena, Omar, ilustrador. II. Salazar, José, ilustrador. III. título. 570-scdd21

Biblioteca Nacional de México

ST Distribución, S.A. de C.V. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial, registro número 3342. © Derechos reservados 2012 Primera edición: Estado de México, mayo de 2010 Primera reimpresión de la primera edición: México, DF, julio de 2011 Segunda edición: México, DF, junio de 2012 © 2012, Marta Patricia Velázquez Ocampo ISBN: 978 607 508 065 9 ISBN EBOOK: 978 607 508 100 7

Presidente: Alonso Trejos Director general: Joaquín Trejos Publisher: Giorgos Katsavavakis Coordinadora editorial: Lilia Villanueva Edición: Lourdes Torres Director de arte: Miguel Cabrera Coordinadora de producción: Daniela Hernández Diagramación: Raquel Fernández Portada: Monfa Ilustraciones: Omar Mena y José Salazar Asistentes de producción: Milagro Trejos y Alicia Pedral Fotografías: Stockxchange, archivo ST Editorial Prohibida la reproducción total o parcial de este libro en cualquier medio sin permiso escrito de la editorial. Impreso en México. Printed in Mexico. Biología 1, de Marta Patricia Velázquez Ocampo, se terminó de imprimir en junio de 2012 en los talleres de Edamsa Impresiones S.A. de C.V., con domicilio en Av. Hidalgo #111, colonia Fraccionamiento San Nicolás Tolentino, Delegación Iztapalapa, 09850 México, DF

El estudio de la biología representa la valiosa oportunidad de conocer la biodiversidad que existe en nuestro planeta. Las diferentes especies de plantas y animales que habitan desde los mares hasta los bosques, deben ser preservadas y respetadas por todos nosotros, para que las generaciones futuras las valoren y las aprecien también.

PRESENTACIÓN La enseñanza de la biología, como la de cualquier otra disciplina, ha ido evolucionando a través del tiempo. En el contexto actual, es preciso tener en cuenta que lo importante no es el aprendizaje memorístico de nombres o procesos, sino la comprensión de los fenómenos biológicos que impactan en la vida diaria, para aprender a vivir mejor, a cuidar la salud y a preservar el medio ambiente. Lo que se aprende en el aula debe permitir que el estudiante se enfrente a los problemas cotidianos y los pueda resolver movilizando los conocimientos, habilidades y actitudes que se han logrado desarrollar, y esto se puede conseguir a través de la enseñanza basada en competencias. Así, la educación basada en competencias favorece el desarrollo de la persona, la conduce a su autorrealización, a vivir mejor, ya que le proporciona las herramientas para que pueda desempeñarse exitosamente en los distintos ámbitos de su vida, en el empleo, en la sociedad, en su entorno. El libro Biología 1 está diseñado para proveer de actividades, problemas, situaciones, que conduzcan al estudiante al desarrollo de competencias, es decir que adquiera conocimientos, habilidades y actitudes que pueda poner en práctica de manera inmediata a la clase, y que puedan ser evaluadas. En ese sentido facilita el trabajo del profesor y promueve el aprendizaje del estudiante. Las actividades planteadas y la información que se proporciona cubren tema a tema todas las competencias que marca la última actualización del programa de la dGB de acuerdo a la Reforma Integral de la Educación Media Superior (RIEMS), incluyendo los objetos y las evidencias de aprendizaje que marca el programa y otras más para que puedan ser utilizadas a juicio del profesor.

Se han ideado secciones como “Problema”, la cual es una situación problémica planteada a manera de reto para que los alumnos resuelvan y después se autoevalúen y coevalúen a un compañero. También se encuentra al inicio de cada tema “Asume el reto”, que plantea alguna situación inicial relacionada con el contexto del estudiante que lo lleve a rescatar sus conocimientos y competencias previas. Asimismo se incluye la sección “Desarrolla competencias”, diseñada de manera que el alumno, lejos de memorizar, tenga que comprender, razonar y aplicar la información en la resolución de ejercicios diversos. Por otra parte, en “La biología en mi entorno”, como una actividad de cierre, se busca hacer explícita la aplicación de los saberes adquiridos para que el estudiante pueda resolver situaciones reales de la vida cotidiana. El libro también contiene lecturas para promover el desarrollo de habilidades verbales y despertar el interés de profundizar temas revisados; se ha buscado que las lecturas se relacionen con su realidad más cercana. Se han incluido prácticas de laboratorio de fácil realización, no solo en la parte final del libro sino a lo largo del texto, como sugerencias de actividades para complementar el aprendizaje. Se incluyen también otras secciones como retratos, cápsulas de información complementaria, infográficos, diferentes tipos de evaluaciones e instrumentos de evaluación, entre otras. Les invito, estudiante, docente, a hacer uso de este libro, así como de su propia creatividad para convertir el proceso de enseñanzaaprendizaje en una grata experiencia que resulte inolvidable. De antemano, se agradece cualquier comentario o sugerencia por parte de los lectores que sirva para mejorar esta obra; se pueden enviar a la autora a la siguiente dirección electrónica: [email protected]

CONTENIDO Secciones del libro Reconoce tus competencias

6 7

Bloque 1

Biomoléculas orgánicas TEMA 4: HÁBITOS SALUDABLES EN LA NUTRICIÓN

Para comenzar... 11 Problema 13

TEMA 6: ARN Y SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Transcripción del adn Traducción del adn Código genético

TEMA 1: BIOLOGÍA: COMO CIENCIA

15

TEMA 2: CAMPO DE ACCIÓN DE LA BIOLOGÍA Y SUS PRINCIPALES DIVISIONES

18

Bloque 3

TEMA 3: RELACIÓN ENTRE LA BIOLOGÍA Y OTRAS DISCIPLINAS

21

Reconoces la célula como unidad de la vida

TEMA 5: CARACTERÍSTICAS DE LA CIENCIA: SISTEMÁTICA, METÓDICA, OBJETIVA, VERIFICABLE, MODIFICABLE

83 85 85 87

Evaluación sumativa 90

Para comenzar... 95 24

28

TEMA 6: CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO CIENTÍFICO APLICADO A LA BIOLOGÍA 32 Observación 33 Planteamiento del problema 33 Información previa 33 Hipótesis 34 Diseño experimental 34 Experimentación 34 Análisis de los resultados 34 Conclusiones 35 Informe escrito 35 Teoría 35 TEMA 7: AVANCES DE LA BIOLOGÍA Y SU IMPORTANCIA PARA LA SOCIEDAD

74

TEMA 5: ADN 78 Replicación del adn 81

Reconoces la biología como ciencia de la vida

TEMA 4: NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA VIVA: QUÍMICO, CELULAR, TISULAR, ORGÁNICO, INDIVIDUAL Y ECOLÓGICO

63

38


Bloque 2 Identificas las características y los componentes de los seres vivos Para comenzar... 49 Problema 51 TEMA 1: CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS 53 Estructura y organización 53 Metabolismo 54 Homeostasis 54 Reproducción 55 Crecimiento y desarrollo 55 Irritabilidad 55 Adaptación 55 TEMA 2: BIOELEMENTOS PRIMARIOS Y SECUNDARIOS

57

TEMA 3: PROPIEDADES DEL AGUA Y SU RELACIÓN CON LOS PROCESOS DE LOS SERES VIVOS. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

61

Problema 96 TEMA 1: LA CÉLULA. TEORÍA CELULAR

98

TEMA 2: TEORÍAS DE LA EVOLUCIÓN CELULAR Teoría de la síntesis abiótica o evolución química Teoría de la panspermia Hipótesis hidrotermal

101 102 104 105

TEMA 3: TIPOS CELULARES: PROCARIOTA Y EUCARIOTA Célula procariótica Célula eucariótica Evolución de procariontes a eucariontes

106 106 107 108

TEMA 4: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS CÉLULAS PROCARIOTA Y EUCARIOTA

111

TEMA 5: CÉLULAS EUCARIOTAS: VEGETAL Y ANIMAL PROCESOS CELULARES Membrana celular, transporte de sustancias y comunicación celular Núcleo o nucleoide como centro de información y reproducción de la célula Organelos relacionados con la elaboración y el transporte de biomoléculas: ribosomas, retículo endoplasmático, aparato de Golgi Centros de almacenamiento y procesamiento de sustancias: vacuolas, vesículas, lisosomas y peroxisomas Estructuras relacionadas con procesos energéticos: mitocondrias y cloroplastos Estructuras de soporte y movimiento: citoesqueleto, cilios y flagelos

116 116 119 120 122 123 124


Bloque 4 Describes el metabolismo de los seres vivos Para comenzar... 131 Problema 133 TEMA 1: TIPOS DE ENERGÍA. REACCIONES EXOTÉRMICAS Y ENDOTÉRMICAS ¿Cómo se produce la transformación de energía en los seres vivos? Reacciones exotérmicas y endotérmicas

135 136 137

TEMA 2: ADENOSÍN TRIFOSFATO (ATP): ESTRUCTURA Y FUNCIÓN. CICLO DEL ATP. ENZIMAS aTP y energía en las células Enzimas TEMA 3: PROCESOS ANABÓLICOS RELACIONADOS CON LA NUTRICIÓN AUTÓTROFA: QUIMIOSÍNTESIS Y FOTOSÍNTESIS Nutrición autótrofa

138 139 142

144 145

Reproducción Respiración y nutrición Formas y criterios de clasificación Importancia de las bacterias TEMA 4: DIFERENCIAS ENTRE LOS ORGANISMOS DE LOS DOMINIOS EUBACTERIA Y ARCHAEA Criterios de clasificación Importancia de las arqueobacterias

182 183 183 185 186 191 193 196 202 203 205

TEMA 4: PROCESOS CATABÓLICOS QUE FAVORECEN LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA: RESPIRACIÓN CELULAR Y FERMENTACIÓN Respiración celular Respiración anaerobia y fermentación

151 151 155

TEMA 5: FORMAS DE NUTRICIÓN HETERÓTROFA Nutrición heterótrofa

157 158

TEMA 5: DOMINIO EUKARIA. IMPORTANCIA DEL CUIDADO DE LA BIODIVERSIDAD Reino Protista Reino Fungi (hongos) Reino Plantae (plantas) Reino Animalia (animales) Importancia del cuidado de la biodiversidad Reflexión final

Evaluación sumativa

160

Evaluación sumativa

SECCIÓN FINAL

Bloque 5 Valoras la biodiversidad e identificas estrategias para preservarla Para comenzar...

178 178 179 179

165

Problema

167

TEMA 1: VIRUS Composición química Forma de replicación Criterios para clasificarlos Ejemplos de enfermedades que ocasionan

169 169 170 171 171

TEMA 2: CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS Linneo Whittaker Woese

174 175 175 176

TEMA 3: DOMINIO EUBACTERIA Estructura

177 177

Prácticas de laboratorio Evaluación final Para terminar. Autoevalúa tus competencias Fuentes consultadas

210 221 223 224

SECCIONES DEL LIBRO RECONOCE TUS COMPETENCIAS Se explica de forma resumida el significado de las competencias y se muestran algunos ejemplos de este libro donde se aplican las once competencias genéricas y las competencias disciplinares respectivas.

INICIO

COMPETENCIAS A DESARROLLAR

Se incluyen un texto introductorio con una breve explicación de lo que se estudiará y un mapa conceptual con los temas más importantes del bloque. Además, se agregan los objetos de apendizaje que se cubrirán a lo largo del desarrollo de cada bloque. Se agregan actividades de enseñanza que el docente puede emplear para abordar cada uno de los temas que aparecen en el programa de estudios.

SECUENCIA DE LOS BLOQUES

PARA COMENZAR...

Se incluyen todos los bloques del libro y se destaca gráficamente el que se estudiará.

Evalúa los conocimientos previos, las habilidades, actitudes y valores que tiene el estudiante para enfrentar los temas.

ACTIVIDAD DE APERTURA

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

DESARROLLA COMPETENCIAS

Actividades individuales o grupales con las que se pretende que el estudiante desarrolle sus competencias de forma integral.

Desempeños del estudiante Unidad de competencia

• Comprende las características distintivas Describe la organización del cuerpo humano de los seres vivos. y la función que desempeñan sus aparatos y • Explica la conformación química de los sistemas para mantener la homeostasis seres vivos a través del conocimiento en éste; comprendiendo además la importancia de la estructura y función de los bioelementos de mantenerlo en buen estado y desarrollando y de las biomoléculas. actitudes para la preservación de su salud. • Valora el papel de los bioelementos y las biomoléculas como componentes importantes en la nutrición humana.

Bloque Bloque25 Reconocelas loscaracterísticas procesos Identificas que se llevan ybiológicos los componentes a cabo en los seres de los seres vivos humanos y en organismos semejantes

Requieren material accesible y su objetivo es motivar a los estudiantes y guiarlos a la investigación experimental.

PARA TERMINAR. AUTOEVALÚA TUS COMPETENCIAS Con este cuadro el estudiante podrá autoevaluar las competencias genéricas adquiridas al finalizar el curso.

EVALUACIÓN

Bloque Bloque25

Reconoces Reconoces la biología Describe los principios como decomo ciencia de la vida la evolución biológica y los relaciona con la biodiversidad de las especies

Identificas las características Reconoce los procesos y los componentes biológicos que se llevan a de los seres vivos cabo en los seres humanos y en organismos semejantes

Bloque 4

Bloque 5

Reconoces la célula Reconoce la importancia como unidad de la vida de las plantas para todos los seres vivos

Describes el metabolismo de los seres vivos

Valoras la biodiv e identificas est para preservarla

b. Coloca el portaobjetos con tu muestra sobre la platina, procura que quede centrado.

Manejo del microscopio

c. Gira el revólver para colocar el objetivo de menor aumento.

El microscopio es una herramienta de uso indispensable en el laboratorio de biología, y es preciso que te familiarices con su manejo y aprendas a tomar medidas de seguridad al utilizarlo. En esta práctica, podrás descubrir los usos que le podemos dar al microscopio para identificar células, tejidos y órganos de plantas o pequeños insectos.

d. Gira con cuidado el tornillo macrométrico, observando que la platina llegue hasta quedar cerca del objetivo. Es importante verificar que no se lleguen a pegar el objetivo y la platina.

e. Comprueba que el diafragma se encuentre abierto. Esto

se logra observando por el ocular hasta que se vea un círculo completo en el campo de observación. Abre y cierra el diafragma hasta que el campo esté iluminado de manera uniforme. Ajusta la cantidad de luz que ilumina tu campo, ya sea moviendo el espejo del microscopio o regulando la luz de la lámpara integrada a este. f. Enfoca la imagen con la ayuda del tornillo macrométrico y después afínala con el tornillo micrométrico. g. Maneja la luz con el diafragma hasta que logres la iluminación más adecuada. h. Observa con cuidado y haz un esquema del tejido. i. Cambia al siguiente aumento sin mover el tornillo macrométrico, solo ajusta la imagen con el micrométrico. j. Observa de nuevo y haz otro esquema. k. Realiza el mismo procedimiento, ahora agregando colorante azul de metileno a tu corte de cebolla. l. Para utilizar el objetivo de 100x, es necesario colocar una pequeña gota de aceite de inmersión en tu muestra, esto ayuda a eliminar algunas distorsiones en la imagen. Se enfoca únicamente con el tornillo micrométrico. m. Cuando termines de observar con el objetivo de inmersión, es decir el de 100x, es necesario limpiar el aceite que queda en la lente con un pañuelo especial que puede ser de papel seda.

Objetivo

Identificar algunas estructuras biológicas y aprender a utili utilizar adecuadamente el microscopio.

Problema

• ¿De qué están hechos los seres vivos? • ¿Cómo puede ayudarnos el microscopio a conocer más detalladamente la estructura de los seres vivos?

Información previa

• Realiza una investigación escrita acerca de las partes del microscopio y su uso.

• Elabora un esquema de un microscopio compuesto seña señalando sus componentes.

• Averigua cuál es la diferencia entre el microscopio este estereoscópico y el compuesto.

Materiales

Equipo: • 1 microscopio compuesto • 1 microscopio estereoscópico o lupa • Portaobjetos • Cubreobjetos • Gotero • Bisturí • Caja de Petri

4. Uso del microscopio estereoscópico. a. El microscopio estereoscópico sirve para observar objetos más grandes y en tercera dimensión. Por ejemplo, puedes colocar un insecto pequeño, una araña o una pequeña flor, y observarla.

b. Observa en el microscopio estereoscópico, o con la

lupa, el insecto y la pequeña flor; elabora los esquemas correspondientes.

5. Precauciones finales y medidas de seguridad. a. En caso de necesitar limpiar las lentes de microscopio,

Procedimiento

1. Preparación del microscopio antes de la observación. a. Coloca con cuidado el microscopio en la mesa de trabajo e identifica sus partes.

b. Asegúrate de que esté colocado en un lugar seguro, bien apoyado antes de encenderlo.

2. Preparación del material a observar. a. Coloca un corte delgado de la epidermis de la cebolla en el portaobjetos. b. Agrega una gota de agua. c. Coloca el cubreobjetos encima.

3. Observación de una muestra. a. Conecta el microscopio y enciende la lámpara.

debe usarse papel seda que es especial para este fin. b. Debes evitar tocar las lentes con las manos para no ensuciarlas. c. No forzar nunca los tornillos giratorios del microscopio: macrométrico, micrométrico, platina, revólver, condensador. d. Cuando se cambia de objetivo hay que estar mirando la preparación para evitar el roce de la lente con la muestra. e. Hay que mantener seca y limpia la platina del microscopio. Si se derrama en ella algún líquido, se debe secar con un paño. f. Al terminar, retira la preparación y lava los objetos utilizados.

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BLOQUE 3

ILUSTRACIONES INFOGRÁFICOS

COMPLEMENTARIAS

Refuerzan y abordan los contenidos de manera creativa y explicativa, como una estrategia visual y efectiva para el proceso de aprendizaje.

EL MUNDO QUE TE RODEA EN LA WEB Información complementaria y de reflexión donde se vincula lo que el estudiante va construyendo con el entorno inmediato.

R etrato

Infográfico 2

Elaboración y transporte de la insulina La información sale del núcleo (1) a través de un poro nuclear (2) y llega hacia el retículo endoplásmico rugoso (3), en el cual están ubicados los ribosomas (5). Una vez elaborada la proteína (6) viaja por el retículo endoplásmico liso (4) y llega al aparato de Golgi (9) a través de una vesícula transportadora (7). En el aparato de Golgi la proteína se modifica para ser enviada al exterior de la célula (14) y sale a través de una vesícula secretora (10). (8) Aparato de Golgi (ag). (11) Membrana plasmática. (12) Proteína secretada (13) Citoplasma.

Camillo Golgi Golgi. Médico italiano que nació en 1844 y murió en 1926. Empleó nitrato de plata para colorear tejido al llevarlo al microscopio, lo que le permitió demostrar la estructura de los procesos de las células. De ahí el aparato que lleva su nombre. En 1906, Golgi recibió, junto con el español Santiago Ramón y Cajal, el premio Nobel de Medi Medicina por sus estudios sobre la estructura del sistema nervioso.

1 2 14

3 13

11

12

5

GLOSARIO

Se incluye la definición de términos relevantes que aparecen en cada página.

RETRATO

8

Se incluye información relevante sobre algunos de los personajes claves en el desarrollo de los temas de cada materia.

10

9

6 4 7

Desarrolla competencias

actividad grupal

Resuelve con otro compañero la siguiente situación: Cuando nos causamos una herida, por ejemplo una cortadura, es necesaria la producción de la proteína colágeno para restituir la piel que se ha dañado. Revisen el texto anterior y describan los pasos que se llevarían a cabo dentro de las células epiteliales para producir y exportar esta proteína hacia la zona en reparación.

122

• • Comprende la orga Fundamenta op •· Describe la estruct tecnología en s en el organismo. de sus comport • Distingue la estruc • liso y cardiaco. De manera gene de carácter cien • Describe el proces • • Describe la estruct Utiliza las Tecn constituyentes del obtener, registr • Describe los const preguntas de ca de transporte sang y/o realizando e • Investiga documen • relacionados con e Contrasta los re • Investiga documen experimento co con el mal funciona aportando punt • Describe el impulso personas de ma en la transmisión d

Bloque 63

PRÁCTICAS DE LABORATORIO Práctica de laboratorio 1

Reactivos y material biológico: • Flor pequeña • Cebolla • Insecto • Colorante azul de metileno

Serie de ejercicios que evalúan conocimientos y habilidades que el estudiante adquirió o reforzó al finalizar el estudio del bloque (evaluación sumativa) y del curso (evaluación final).

Competen Habilidade

• Define metas y del conocimien

Bloque4 1 Bloque

ACTIVIDADES DE ENSEÑANZA

Es una lista de las competencias genéricas con algunos de sus atributos que se busca que los alumnos desarrollen en cada bloque.

Al comienzo del tema, se incluye una actividad en la cual el estudiante reflexionará acerca de su realidad y su entorno.

ACTIVIDADES

INTRODUCCIÓN AL BLOQUE MAPA CONCEPTUAL OBJETOS DE APRENDIZAJE

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RECONOCE TUS COMPETENCIAS Las competencias son capacidades que una persona desarrolla en forma gradual durante el proceso educativo, que incluyen conocimientos, habilidades, actitudes y valores, en forma integrada, para dar satisfacción a las necesidades individuales, académicas, laborales y profesionales. Existen principalmente tres tipos de competencias: genéricas, disciplinares y laborales.

Las competencias genéricas le permiten al individuo comprender el mundo, aprender a vivir en él y aportar lo propio para transformarlo en niveles superiores. Por su parte, las competencias disciplinares engloban los requerimientos básicos –conocimientos, habilidades, destrezas y actitudes– que se necesitan en

cada campo disciplinar, para que los estudiantes puedan aplicarlos en diferentes contextos y situaciones en su vida. Estas competencias se podrán entretejer más adelante con las competencias laborales, para conformar un todo armónico que le da pleno sentido al proceso educativo.

COMPETENCIAS GENÉRICAS

A continuación se muestran algunos ejemplos de este libro donde se aplican las once competencias genéricas. B5 / p. 184 ACTIVIDAD INDIVIDUAL

Conocerse, valorarse y abordar los problemas y retos a partir de objetivos.

B2 / p. 70 QUIERO SABER MÁS...

Aprender por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.

B2 / p. 78 EJERCICIO 3

Ser sensible al arte, apreciarlo e interpretarlo en todas sus expresiones.

B2 / p. 77 LA BIOLOGÍA EN MI ENTORNO

Elegir y practicar estilos de vida saludables.

B3 / p. 108 ACTIVIDAD GRUPAL

B2 / p. 71 EL MUNDO QUE TE RODEA

Participar y colaborar de manera efectiva en trabajos de equipo.

Participar con una conciencia cívica y ética en la vida de la comunidad, de la región, de México y el mundo.


B5 / p. 173 PREGUNTA 3

B1 / p. 41 ACT. GRUPAL

Mantener una postura personal sobre temas de interés y considerar otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

Desarrollar innovaciones y proponer soluciones a problemas a partir de un método seleccionado.

Escuchar, interpretar y emitir mensajes pertinentes en distintos contextos, mediante la utilización de herramientas y medios apropiados.

B1 / p. 29 FIGURA 6

Mantener una actitud respetuosa hacia la diversidad de culturas, creencias, valores, ideas y prácticas sociales de otras personas.

B5 / pp. 203-204 ACTIVIDAD GRUPAL

Contribuir al desarrollo sustentable del medio ambiente, de manera crítica y con acciones responsables.

COMPETENCIAS DISCIPLINARES

A continuación se muestran algunos ejemplos de las competencias disciplinares básicas del campo de las ciencias naturales que deben manejarse en esta materia, como lo señala el programa de estudios.

B1 / p. 38 ASUME EL RETO



Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.

Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.

B1 / p. 36 ACTIVIDAD DE LEE



Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o un experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

Explica las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.



B5 / p. 184 ACTIVIDAD DE LEE

Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas.

Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.

Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.



SECCIÓN FINAL / p. 210 PRÁCTICA DE LABORATORIO 1

Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece.

Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos.

Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

Desempeños del estudiante

Bloque 1 Reconoces la biología como ciencia de la vida

Bloque 1 Reconoces la biología como ciencia de la vida

• Identifica el campo de estudio de la biología y su interrelación con otras ciencias. • Reconoce las aplicaciones de la biología en su vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones. • Reconoce el carácter científico de la biología.

Bloque 2

Bloque 3

Identificas las características y los componentes de los seres vivos


Continúa...

Competencias a desarrollar • Elige las fuentes de información más relevantes para establecer la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. • Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. • De manera general o colaborativa, identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. • Utiliza las Tecnologías de la Información y la Comunicación para obtener, registrar y sistematizar información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y/o realizando experimentos pertinentes.

• Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones aportando puntos de vista con apertura y considerando los de otras personas de manera reflexiva. • Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del conocimiento explicitando las nociones científicas para la solución de problemas cotidianos. • Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos. • Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

Introducción

¿

Objetos de aprendizaje Relación entre biología y otras disciplinas Niveles de organización de la materia viva: - químico - celular - tisular - orgánico - individual - ecológico

Te imaginas cómo sería nuestro mundo sin plantas, animales y seres humanos? El paisaje de nuestro planeta sería similar al de la Luna o de algún lugar desolado. Los seres vivos

somos los que damos sentido y belleza a este planeta azul en que vivimos. La biología es la ciencia que nos conduce al entendimiento del mundo vivo que nos rodea, desde las partículas más pequeñas que participan en la química de un organismo, hasta la organización de grandes grupos de animales y plantas que habitan en los diferentes ecosistemas. En este bloque podrás conocer acerca de la importancia de esta ciencia en el mundo actual, sus aplicaciones y la relación que tiene con la vida cotidiana. Asimismo, conocerás las ciencias con las que se vincula, los niveles de organización de la materia y la forma en que se lleva a cabo el trabajo científico. A continuación te mostramos un mapa conceptual que resume esquemáticamente los contenidos de este bloque.

Características de la ciencia: - sistemática - metódica - objetiva - verificable - modificable Características del método científico aplicado a la biología

Biología

se relaciona con

es la ciencia de los

ciencias afines

seres vivos

se estudia en diversas

ramas

como

como

geografía física química matemáticas

se ubican en

se estudian por

niveles de organización

método científico

molécula célula tejido órgano sistema organismo población ecosistema

10

genética citología microbiología paleontología botánica zoología fisiología

se basa en

observación experimentación análisis

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Para comenzar...

Actividades de enseñanza

Para que puedas comprender los temas de este bloque, es necesario

que rescates las competencias (conocimientos, habilidades, actitudes y valores) que ya has adquirido a lo largo de tu vida. Haz tu mejor esfuerzo para responder y detecta aquellos aspectos que no conoces o dominas para enfocar tu estudio.

Conocimientos I. Piensa y anota cuál es la relación de la biología con tu vida cotidiana.

II. D escribe algún avance reciente de la biología que hayas escuchado en las noticias o leído en algún medio escrito: periódicos, revistas, Internet.

Preguntas motivadoras y lluvia de ideas para conocer los niveles de conocimientos previos y de conocimientos nuevos del alumnado con respecto a: campo de estudio de la biología; aplicaciones de esta ciencia a la vida cotidiana; impacto social, ambiental y económico de los adelantos de la biología en el contexto local, nacional e internacional. Investigación en equipos del concepto biología, el campo de estudio de esta ciencia, sus relaciones con otras disciplinas y sus aplicaciones en la vida cotidiana; construcción en grupo del concepto biología. Aplicaciones de distintas áreas de la biología, a niveles local, regional, nacional y mundial. Investigación sobre los estudios que se desarrollan en la comunidad, la región, el país o en el mundo, relacionados con las diversas áreas de la biología, y que posean impacto económico, ecológico y social en el entorno inmediato.

III. Ordena los siguientes niveles de organización de la materia, del más simple al más complejo: molécula

célula

átomo

organismo

tejido

ecosistema

órgano

Habilidades I. Explica cómo se aplica el método científico para resolver un problema.

Presentación audiovisual de los niveles de organización de la materia viva. Explicación de las características básicas de la ciencia: sistemática, metódica, objetiva, verificable y modificable. Descripción de los pasos del método científico aplicado a la biología, mediante ejemplos de la vida cotidiana; presentación de listado de situaciones hipotéticas en las que, aplicando los pasos del método científico, el alumnado resuelva problemas.

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II. Elabora un esquema en el que ubiques la relación de la biología con otras ciencias.

Actividad integradora en equipo para investigar el campo de acción de especialidades relacionadas con la biología: bioquímica, biofísica, biogeografía, ecología, bioética, biotecnología; presentación de trabajos con los criterios requeridos, y plenaria grupal. Diseño de organizador gráfico con las ideas principales del bloque.

Actitudes y valores I. Explica, en tu opinión, cuál es la importancia de la biología para la sociedad.

II. Describe cómo te imaginas a un científico. ¿En qué basas tu idea?

III. ¿Es necesario conservar la naturaleza? ¿Por qué?

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Problema La siguiente herramienta didáctica constituye una situación problémica para que trates de resolverla. Lee con atención los desempeños que se numeran enseguida; si te fijas, estos se hallan relacionados con las preguntas que se te plantean, pues con cada una de estas puedes saber si estás adquiriendo cada uno de esos desempeños:

a. Identifica el campo de estudio de la biología y su interrelación con otras ciencias. b. Reconoce las aplicaciones de la biología en su vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones.

c. Reconoce el carácter científico de la biología. Los conocimientos y habilidades que desarrolles en este bloque deberán darte los elementos para resolver, en el transcurso, el siguiente problema. El reto consiste en que leas con atención el caso que se plantea y respondas las preguntas que le siguen en tu cuaderno.

El extraño caso en el pueblo de Genaro Genaro vive en un pueblito encantador que se encuentra en una zona boscosa, llena de flores, con un riachuelo que la rodea, y un clima agradable todos los días del año. Hace algunos meses, en esta región, la gente comenzó a observar que

a algunos niños y también a los adultos les salían ronchas en la piel. Estas ronchas les causaban escozor y malestar, y llegaron a ser tantos los enfermos que se tuvo que llamar a un grupo de expertos para realizar una investigación al respecto.

Los expertos se dedicaron a averiguar la edad de los enfermos, lo que comían, las condiciones del agua que bebían, si había algún tipo de insectos rondando en las casas, si las flores estaban despidiendo polen o si había algún otro factor que causara este problema.

Si tú fueras el encargado de investigar este problema:

a1. ¿A qué especialistas de cuáles ramas de la biología considerarías llamar para que realizaran una investigación?

a2. ¿Cuáles científicos además de biólogos invitarías a formar un equipo de trabajo? c3. Plantea al menos cuatro hipótesis para explicar el problema. c4. Elige una y anota cuál sería el procedimiento que seguirías para tratar de averiguar si es correcta. c5. ¿Qué necesitarías tomar en cuenta para que los resultados de tu investigación fueran válidos? b6. Explica qué importancia tiene la biología para: • La investigación de las causas de enfermedades y su posible tratamiento. • El conocimiento de las plantas que nos rodean y sus usos. • El estudio de animales, por ejemplo los insectos. • La conservación del medio ambiente. • La producción de alimentos a través de la agricultura y ganadería.

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Autoevaluación Cuando hayas concluido este bloque:

1. C ontrasta tus respuestas a las preguntas del problema con las de tus compañeros del grupo, y entre todos señalen cuáles son las correctas; confírmenlas después con su profesor.

2. R econoce si has logrado los desempeños que se señalan en la rúbrica que se muestra a continuación, indicando las preguntas que contestaste correctamente, y suma tus aciertos. Aspectos a evaluar

3

2

1

Identifica el campo de estudio de la biología y su interrelación con otras ciencias.

Identificas correctamente el campo de estudio de la biología y su interacción con otras ciencias.

Describes, con algunas dificultades, el campo de estudio de la biología y su interacción con otras ciencias.

No describes correctamente el campo de estudio de las biología y su interacción con otras ciencias.

Reconoce las aplicaciones de la biología en su vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones.

Reconoces claramente las aplicaciones de la biología en tu vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones.

Reconoces, con algunas dificultades, las aplicaciones de la biología en tu vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones.

No reconoces las aplicaciones de la biología en tu vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones.

Reconoce el carácter científico de la biología.

Reconoces plenamente el carácter científico de la biología.

Reconoces, con algunas dificultades el carácter científico de la biología

No reconoces el carácter científico de la biología.

9

6

3

Valor

Total:

3. Consulta la siguiente escala para saber tu nota final. Escala Excelente: 8-9 Bien: 6-7 Regular: 4-5 Insuficiente: 1-3 Recuerda que la autoevaluación es para ti, para que te des cuenta de tus logros y de lo que necesitas trabajar para aprender más, así que procura ser siempre honesto en este tipo de valoraciones y determinar cómo puedes mejorar en tus estrategias de aprendizaje.

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Tema 1 Para comenzar...

Biología: como ciencia

Tema 2

Tema 3

Campo de acción de la biología y sus principales divisiones

Relación entre la biología y otras disciplinas

Continúa...

Asume el reto ¿Qué estudia la biología? ¿Qué tiene que ver con tu vida cotidiana? Lleva a tu clase tres definiciones impresas acerca de lo que estudia la biología, así como recortes e imágenes relacionadas con esta ciencia. Reúnete con cuatro compañeros y entre todos elaboren un collage en el que se incluyan las imágenes y algunas de sus definiciones acerca del objeto de estudio de la biología y explíquenlo a su profesor y al resto del grupo.

Desde tiempos inmemoriales, el ser humano ha contemplado la naturaleza con asombro y curiosidad. El mundo vivo que nos rodea es tan diverso como estrellas hay en el universo: existen desde pequeños microorganismos hasta formas inimaginables de animales marinos, plantas de todos los tamaños, hongos de colores que esconden venenos peligrosos, aves cantadoras, pequeños animales que amamos como mascotas… En fin, hay mucho por conocer y comprender de los seres vivos. Y si nos adentramos a investigar lo que hay dentro de nosotros mismos también podemos descubrir un mundo fascinante de moléculas y células perfectamente organizadas para cumplir con cada una de sus funciones. La biología es la ciencia que estudia a los seres vivos y es una disciplina que forma parte de nuestra vida diaria. Por ejemplo, seguramente, el día de hoy mientras venías a la escuela observaste en tu camino algunos árboles, flores, insectos. Seguramente en las noticias has escuchado sobre los avances en la elaboración de la vacuna contra el virus de la influenza AH1N1, o acerca de los problemas que se han generado en diversos ecosistemas por los efectos del calentamiento global. st-editorial.com

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BLOQUE 1

E l mundo que te rodea Uno de los problemas que enfrenta la biología actual es el calentamiento global. La temperatura de nuestro planeta ha ido en aumento, en respuesta a la emisión excesiva de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero, que producen las plantas generadoras de energía y los automóviles. Las consecuencias, que ya hemos podido experimentar, han sido la mayor incidencia de sequías que afectan la vegetación del planeta, huracanes, aumento del nivel del mar, derretimiento de glaciares, cambios en el ecosistema y extinción de especies.

Figura 1. Una de las funciones de la biología es el estudio de las similitudes y diferencias que existen entre los seres vivos, y la interrelación entre ellos.

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Incluso al ver anuncios comerciales escuchamos acerca de las proteínas del cabello que se incluyen en alguna marca de champú, de los avances en la ciencia para el tratamiento de diversas enfermedades, como el acné o el pie de atleta; y es común escuchar en alguna conversación acerca de controversias sobre los riesgos de la producción de alimentos transgénicos. En todos estos aspectos, la biología se encuentra directamente relacionada. La biología estudia los seres vivos en todos sus niveles, desde la molécula hasta el individuo completo. Estudia también los genes, así como las bases neuronales del pensamiento, la forma en que funcionan los seres vivos, las relaciones de las especies con su medio ambiente, el origen de las enfermedades que nos deterioran, el comportamiento animal y la historia de la vida. En términos más concretos, la biología es una ciencia experimental y sistemática que pretende describir los procesos que comparten los seres vivos, la forma en que se mantiene y multiplica la vida, la biodiversidad y las relaciones de los organismos con su medio ambiente (figura 1). La biología nació de la curiosidad del ser humano por entender los fenómenos relacionados con la vida, y por describir todo el mundo vivo que tenía a su alrededor. En un principio, fue una disciplina predominantemente descriptiva que consistía en hacer un largo inventario de todas las especies de plantas y animales del planeta. Los naturalistas –los biólogos del pasado– se dedicaban a colectar organismos y describirlos minuciosamente, y les asignaban un nombre científico. La biología fue objeto de largas discusiones filosóficas que pretendían explicar la “esencia de la vida” a partir de la reflexión influida por las ideas preconcebidas de los que participaban en dichos debates. Poco a poco, al apoyarse cada vez más en una observación cuidadosa y metódica de los fenómenos naturales, la biología pasó de ser una ciencia descriptiva –y algunas veces subjetiva– a ser una ciencia experimental y objetiva, de manera que se fueron cambiando viejas ideas para dar lugar a nuevas teorías científicas. La biología actual se basa en tres teorías que causaron gran controversia en el momento de ser propuestas, pero que están ampliamente fundamentadas por todas las evidencias generadas y documentadas hasta la fecha. Estas tres teorías, pilares de la biología actual, son: Teoría celular. Demuestra que todos los seres vivos están formados por células y por lo tanto dan unidad al mundo vivo. Teoría de la evolución. Muestra que los seres vivos que conocemos –con toda su diversidad– tuvieron un origen común y están emparentados entre sí. Teoría del gen. Nos muestra la base de la continuidad, de la permanencia de los caracteres hereditarios que van pasando de una generación a otra. st-editorial.com

RECONOCES LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA DE LA VIDA

Estas tres teorías han permitido descubrir que todos los seres vivos tenemos mucho en común en cuanto a las estructuras celulares que nos forman; que los procesos químicos y fisiológicos para mantenernos son similares en todas las especies; que tenemos ancestros comunes, por lo que formamos una gran familia que se originó hace varios miles de millones de años; y que todos nos reproducimos a través de los genes, formados por la misma molécula de la herencia, que es el adn. Así, hoy en día, gracias a estas tres teorías, podemos integrar la enorme gama de fenómenos biológicos y estudiarlos en su conjunto de manera organizada y sistematizada. A través del tiempo, la biología ha ido avanzando gracias al desarrollo de la tecnología. El diseño de microscopios cada vez más potentes, de técnicas para estudiar las moléculas de la vida, el perfeccionamiento de la computadora, han sido decisivos para que esta ciencia se encuentre actualmente a la vanguardia y dé lugar a tecnologías nunca antes imaginadas. Con el apoyo de la tecnología hemos podido, en años recientes, lograr la comprensión de los fenómenos biológicos en todos los niveles, desde el microscópico y bioquímico, hasta la imagen macroscópica de nuestro planeta azul visto desde el espacio (figura 2). Así, ha surgido la creciente necesidad de encontrar alternativas para disminuir el impacto ambiental producido por el ser humano en los diversos ecosistemas del planeta, que nos ha llevado a vivir un calentamiento global que nos preocupa y causa cada vez más problemas. Por otra parte, los grandes avances de la biología molecular han permitido al ser humano no solo comprender la forma en que funcionan los seres vivos, sino también la manera en que estos pueden ser reprogramados genéticamente. La biología ha cobrado una enorme importancia, al punto de expresar que estamos viviendo actualmente en el siglo de la biología, debido a los avances extraordinarios de la genética, descubrimientos que han permitido controlar enfermedades que antes nos asolaban, desarrollar nuevas estrategias para una mayor producción de alimentos y desarrollar biotecnologías que facilitan la vida de la humanidad. Sin embargo, no todo se ha podido descubrir, aún hay mucho por hacer; para muchos la biología sigue siendo una gran aventura y un reto por develar los secretos de la naturaleza (figura 3). Desarrolla competencias

actividad individual

Figura 2. La Tierra es un enorme ser vivo que responde como un todo a los daños que recibe.

Identifica el campo de estudio de la biología y su interrelación con otras ciencias. Reconoce las aplicaciones de la biología en su vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones.

Resuelve en tu cuaderno lo que se te solicita a continuación y al final comparte tus respuestas con el resto de tus compañeros.

1. Escribe tu propia definición de lo que estudia la biología. 2. Anota tres ejemplos de tu vida cotidiana en los que se relacione la biología. 3. Describe algún descubrimiento de la biología que haya mejorado la vida de las personas. 4. Menciona algún aspecto relacionado con la biología que aún falta por ser compren-

Figura 3. La biología ha tenido grandes avances, pero todavía hay mucho por revelar.

dido o solucionado.

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Tema 1 Biología: como ciencia

Tema 2 Campo de acción de la biología y sus principales divisiones

Tema 3

Tema 4


Niveles de organización de la materia viva: químico, celular, tisular, orgánico, individual y ecológico

Continúa...

Asume el reto ¿Dónde se lleva a cabo el trabajo de los biólogos? ¿Qué estudia un paleontólogo? ¿Y un ornitólogo, un entomólogo o un micólogo? Averígualo antes de tu clase para poder resolver el siguiente problema: Imagina que haces un viaje a la selva del Amazonas y encuentras una especie muy extraña de insecto que te amenaza. Ante el temor de morir en pocos minutos debes acudir a uno de tus acompañantes: uno es un ornitólogo, el otro es un entomólogo y el tercero es un micólogo. Solo tienes tiempo para preguntar a uno de los tres qué hacer. ¿A cuál de los tres especialistas debes consultar?

El trabajo de los biólogos abarca diversos ámbitos, debido a que la biología estudia los procesos de los seres vivos desde distintos puntos de vista, ya sea en el nivel microscópico o en el macroscópico. Así, la biología se puede estudiar en un laboratorio o en el campo; podemos interesarnos en los procesos microscópicos que ocurren en los seres vivos, estudiar las biomoléculas, o bien, estudiar los órganos de un animal o una planta. Podemos de igual forma estar interesados en todo un conjunto de organismos, su comportamiento y sus respuestas ante los cambios ambientales (figura 4). La biología abarca un campo tan amplio del conocimiento, que se estudia de manera especializada en alguna de sus ramas. Los paleontólogos, por ejemplo, visitan zonas donde puedan encontrar vestigios de organismos de otras épocas, y trabajan en excavaciones donde recuperan los fósiles de animales o plantas. 18

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En cambio, un biólogo molecular, que hace experimentos con adn, trabaja en laboratorios especializados, donde cuenta con equipo sofisticado para obtener la secuencia del adn e insertar pequeños trozos de esta molécula en células que se mantienen en pequeños cultivos microscópicos. Los etólogos, especializados en el estudio del comportamiento animal, dedican largas horas en el campo a observar a ciertos ejemplares que marcan y siguen por medio de aparatos especializados; mientras que los neurobiólogos estudian con todo detalle las sustancias que hacen que una persona se sienta feliz, animada, o triste y deprimida, y para ello deben trabajar en un laboratorio donde cuenten con equipo adecuado. Así, la biología de nuestros tiempos ha ido avanzando tanto, que se ha llegado a la especialización de los que se dedican a ella, y trabajan en el área o rama de su interés. Veamos en el infográfico 1 cuáles ramas son las más importantes y lo que estudia cada una de ellas.

Figura 4. Los insectos palo, al contrario de lo que algunas personas creen, no son venenosos; se alimentan de plantas y no tienen estructuras bucales para morder o picar a otro ser vivo.

Infográfico 1

Ramas de la biología Principales ramas de estudio

Según los organismos que estudian

Anatomía. Estructura y localización de órganos y sistemas de los seres vivos

Bacteriología. Bacterias

Biofísica. Procesos físicos de los seres vivos

Botánica. Plantas

Bioquímica. Compuestos y reacciones químicas de los seres vivos

Ficología. Algas

Citología. Estructura y procesos celulares

Micología. Hongos

Ecología. Relaciones de los seres vivos entre sí y con su medio ambiente

Microbiología. Organismos de tamaño microscópico, como virus, bacterias, protozoarios y hongos

Embriología. Procesos del desarrollo, a partir de la fecundación

Protozoología. Protozoarios

Etología. Comportamiento animal

Virología. Virus

Evolución. Historia de la vida y las teorías sobre el proceso que dio lugar a la biodiversidad actual

Zoología. Animales

Fisiología. Funciones de los seres vivos Genética. Procesos hereditarios, desde el nivel molecular, el nivel celular, el de un individuo y el de la población

Según el tipo de animales que estudian

Histología. Tejidos de animales y plantas

Entomología. Insectos

Mastozoología. Mamíferos

Paleontología. Fósiles y evidencias de la evolución

Herpetología. Anfibios y reptiles

Ornitología. Aves

Taxonomía. Clasificación de los seres vivos, de acuerdo con los criterios establecidos por los avances en anatomía, fisiología, bioquímica y genética

Ictiología. Peces

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BLOQUE 1


actividad grupal

Reconoce las aplicaciones de la biología en su vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones. Reconoce el carácter científico de la biología.

1. D e forma individual, traigan a la clase una noticia reciente relacionada con algún avance en la biología, puede ser del periódico, de Internet o de alguna revista de divulgación.

2. R eunidos en equipos de seis, comenten cada uno la noticia que trajo, y entre todos decidan a qué rama o ramas de la biología corresponde.

3. E lijan la noticia que consideren más trascendente y entre todos elaboren y escriban un resumen de ella. 4. Comenten en plenaria su resumen con los otros grupos.

La biología en mi entorno Reflexiona acerca de las distintas ramas de la biología y elige las cinco que te parezcan más interesantes y que consideres importantes para solucionar problemas actuales. Ilustra estas cinco en tu cuaderno con imágenes alusivas.

Práctica de laboratorio Puedes repasar el contenido estudiado en este tema en la práctica de laboratorio “Manejo del microscopio” que se encuentra en la Sección final (p. 210). Elabora un reporte de tu experimento.

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Tema 3

Tema 2 Campo de acción de la biología y sus principales divisiones


Tema 4

Tema 5


Características de la ciencia: sistemática, metódica, objetiva, verificable, modificable

Continúa...

Asume el reto Formen equipos de seis personas.

1. Cada uno de ustedes va a asumir una profesión diferente: geógrafo, historiador, matemático, químico, biólogo e informático.

2. Imaginemos que se encuentran frente al problema que surgió recientemente en

México, en relación con la epidemia de infl uenza AH1N1, que después se convirtió en pandemia al esparcirse por distintos países del mundo. 3. Cada uno de los miembros del equipo, de acuerdo a la profesión que le corresponde, tendrá que señalar cuál es su papel, es decir, el trabajo que debe desempeñar para colaborar en el seguimiento y la búsqueda de soluciones a este problema. 4. Al terminar, compartan sus respuestas con los demás equipos de la clase y elaboren una conclusión grupal. Profesión

Actividad que desarrolla durante la pandemia

Geógrafo Historiador Biólogo Químico Matemático Informático

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BLOQUE 1

Figura 5. En el descubrimiento de la estructura y función del adn, se llevó a cabo un trabajo interdisciplinario en el que participaron científicos de diversas áreas de la ciencia.

Como has podido observar en la actividad anterior, los científicos, especialmente de las épocas actuales, no trabajan aislados. Siempre existen distintos ángulos para analizar un mismo problema, y al participar especialistas de varias disciplinas es posible lograr un mejor resultado. En el caso de la epidemia del virus de la influenza esto quedó muy claro. Podríamos citar también el caso del descubrimiento de la estructura del adn. Al principio, el monje Gregor Mendel (1822-1884) realizó conteos de cientos de plantas de chícharo que plantaba en su monasterio, y así descubrió los caracteres hereditarios, aunque no sabía dónde se ubicaban físicamente estos misteriosos caracteres. Posteriormente, los biólogos descubrieron los cromosomas, que estaban dentro de las células y los relacionaron con la herencia; y luego los químicos entraron en acción al identificar la naturaleza química de estos cromosomas, y determinaron que estaban formados por ácidos nucleicos, pero no sabían cuál era la forma de la molécula. Entonces, los físicos se hicieron cargo del problema y utilizaron aparatos especializados para tomar imágenes del adn y luego dar a conocer sus resultados. Al final, un biólogo estadounidense y un físico inglés, James Watson (1928) y Francis Crick (1916-2004), respectivamente, publicaron su famoso modelo de la doble hélice del adn (figura 5). Actualmente, muchos de los estudios que se hacen del adn se apoyan en el uso de computadoras para poder manejar la enorme cantidad de datos que se obtienen, cuando por ejemplo se estudia el genoma de un organismo, es decir, cuando se quiere descifrar toda la información genética de una determinada especie. El producto de dichas investigaciones muchas veces es materia de controversia, porque algunas de sus aplicaciones se pueden considerar contrarias al bien y a la moral. Se habla entonces de la ética en la ciencia y, más específicamente, de la bioética. Veamos ahora otro tipo de estudio biológico. Se ha observado que el guepardo es un animal en proceso de extinción. Se ha tratado de ubicar el hábitat en el que viven los pocos que quedan y para esto se marcan en un mapa las zonas donde se les ha podido localizar. Asimismo se están haciendo conteos de los ejemplares para determinar estadísticamente cuántos nacen y cuántos mueren cada año. Se analiza su pasado y las razones por las cuales ha llegado a disminuir tanto su población. Desarrolla competencias



Hagamos un recuento de las ciencias vistas hasta ahora que se relacionan con la biología. Identifícalas en el texto anterior.

Como puedes ver, las ciencias relacionadas con la biología son muchas. En el infográfico 2 te presentamos algunas de ellas. 22

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RECONOCES LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA DE LA VIDA Infográfico 2

Ciencias relacionadas con la biología Química

Historia

Nos proporciona los fundamentos para entender la naturaleza molecular de la estructura de los seres vivos, es decir, los compuestos que los forman, las reacciones que se llevan a cabo en sus procesos metabólicos, la forma en que estos son regulados y los factores que pueden alterarlos.

Nos puede describir eventos que han sucedido y que han impactado a los seres vivos desde, por ejemplo, la cronología de una enfermedad que se presenta en los seres humanos o en otras especies.

Física

Geografía

Da las bases para el estudio de los procesos de intercambio de materia y energía que suceden en los seres vivos, como la conducción eléctrica en las células nerviosas, el transporte de material en una membrana, la regulación de la temperatura de un organismo, así como la ultraestructura de las moléculas que se obtiene por el uso de equipo especializado de microscopia y de difracción de rayos X.

Nos indica dónde se encuentra el hábitat de una especie y cuáles son los climas de determinada región para establecer la relación con su flora y su fauna. Asimismo nos señala los lugares donde se desarrollan los seres humanos, las poblaciones y sus características particulares.

Matemáticas

Bioética

Se aplican cuando hacemos conteo de organismos, para obtener estadísticas, cuando analizamos los datos que arroja un experimento o cuando elaboramos gráficas para, a partir de ellas, deducir información sobre algún modelo experimental.

Disciplina filosófica que establece la naturaleza moral de las acciones que se realizan con respecto a la aplicación de las nuevas tecnologías biológicas que se han desarrollado.

Informática Es una herramienta que facilita el trabajo en el análisis de información que se genera, a partir, por ejemplo, de los estudios de secuencias de adn o la elaboración de mapas genéticos; se basa en aplicaciones matemáticas para interpretar adecuadamente la información.

En conclusión, la interdisciplinariedad consiste en la relación y cooperación entre las diferentes ramas de una ciencia –en este caso, de la biología– y con otras ciencias como la química, la física, las matemáticas, la geografía, entre otras. De esta manera, se logran mejores resultados en las investigaciones de los fenómenos a estudiar. La biología en mi entorno


Representa en un organizador gráfico (mapa mental) la relación de la biología con otras ciencias, haciendo referencia a una investigación determinada, por ejemplo, las actividades relacionadas con la solución de algún problema ambiental. También procura buscar diferentes artefactos de uso común que han contribuido a la investigación interdisciplinar del problema. De ser posible, ilustra tu trabajo con fotografías o recortes de periódicos y revistas.

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Tema 3 Relación entre la biología y otras disciplinas

Tema 4

Tema 5

Tema 6



Características del método científico aplicado a la biología

Continúa...

Asume el reto Observa en el laboratorio una planta pequeña e identifica los órganos que la forman: raíces, tallo, hojas. Dibújalos. Toma luego una hoja y obsérvala al microscopio para ver sus tejidos y sus células. Trata de encontrar las estructuras que hay dentro de las células y dibújalas. Si tuvieras un microscopio muy potente, para agrandar la imagen algo así como un millón de veces, ¿cuál sería la parte más pequeña que podrías detectar? ¿De qué está hecho un ser vivo? ¿Cómo está organizada la materia dentro de un ser vivo? Elabora en tu libreta un cuadro de manera que dibujes cada estructura que observaste.

La planta que has observado, como cualquier otro organismo, está hecha de materia, de átomos, los cuales se encuentran altamente organizados, de manera que en su conjunto puedan realizar todas las funciones propias de un ser vivo. Veamos cómo es esto. Se cree que la materia del universo se originó de una gran explosión ocurrida hace miles de millones de años. Las primeras partículas subatómicas formadas fueron muy pequeñas, y ahora son parte de los elementos químicos que conocemos: protones, electrones, neutrones y otras más. Aquellas se fueron agrupando por acción de fuerzas físicas de atracción y repulsión, y dieron lugar a los primeros átomos, como el hidrógeno o el helio. A través del tiempo, la materia se ha agrupado y reagrupado, y dio origen a estructuras de mayor tamaño y grado de complejidad. Así, podemos decir que la materia existe en el universo en distintos niveles de complejidad, según como se encuentre organizada (infográfico 3). 24

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RECONOCES LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA DE LA VIDA Infográfico 3

Niveles de organización de la materia Con el objetivo de hacer más sencillo el estudio de la naturaleza y los seres vivos, se han establecido diferentes niveles de organización, que van desde los átomos hasta los ecosistemas o la biosfera. Sin embargo, es importante hacer énfasis en que esta división es artificial, ya que en realidad todos los elementos se encuentran interconectados y dependen unos de otros para su funcionamiento. En las imágenes podrás ver cómo un elemento de un nivel es fundamental para la conformación del siguiente nivel, así que uno no existe sin el otro.

Nivel del organismo (ardilla voladora siberiana)

Niveles ecológicos (población, comunidad, ecosistema)

Nivel atómico (átomo)

Nivel de aparato (sistema nervioso)

Nivel de órgano (encéfalo) Nivel molecular (adn)

Nivel de tejido (tejido nervioso) Nivel celular (neurona)

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BLOQUE 1

Cuando los átomos se combinan pueden llegar a formar moléculas, por ejemplo, el hidrógeno combinado con el oxígeno

forma el agua. Aquí los dos elementos combinados constituyen una estructura con mayor nivel de complejidad, que no es solo la suma de sus partes, sino que asume una forma y función distintas a las que tenían sus elementos originalmente. De este modo, vemos que el oxígeno y el hidrógeno son gases, mientras que el agua es un líquido. Existen moléculas pequeñas, como la del agua, o bien enormes, formadas por cientos o miles de átomos, como las proteínas o el adn. Las moléculas pueden unirse y formar estructuras más complejas: los organelos celulares, como lisosomas, cloroplastos, mitocondrias o ribosomas, que conforman una célula. Una célula no es solo la unión de un conjunto de moléculas que forman organelos, sino que estas se encuentran organizadas y cooperan entre sí para cumplir ciertas funciones y dar lugar a una estructura de mayor complejidad. Las células pueden ser sencillas –como la de una bacteria– o complejas –como una neurona humana o un linfocito. Algunas células son en sí un organismo, otras se asocian y forman colonias y otras son parte de un tejido, que es la unión de células que cumplen una función determinada. Así, el tejido muscular permite el movimiento, mientras que el tejido epidérmico es la capa externa que protege a los seres vivos. Los tejidos, a su vez, forman parte de órganos que conforman los sistemas de un organismo vivo. Por ejemplo, el corazón y los vasos sanguíneos conforman el sistema circulatorio de animales y humanos, y el sistema vascular de una planta está formado por los tejidos del xilema y del floema y por sus órganos principales: la raíz, el tallo y la hoja. Como vemos, un organismo puede tener varios sistemas funcionando coordinadamente, y esto es lo que lo mantiene con vida. La organización en este caso es crucial, ya que cualquier evento que altere la disposición de los elementos que conforman ese ser vivo puede producir la muerte. La muerte sería, entonces, el proceso en el que se desorganiza la materia viva. Un organismo –un pato, una hormiga o un pino, por ejemplo– es un enorme conjunto de átomos perfectamente organizados que dan lugar al maravilloso proceso de la vida. Sin embargo, los niveles de organización de la materia llegan todavía más allá: los organismos de una misma especie forman parte de una población –como los peces de una laguna o las ardillas de un bosque–, y esta, a su vez, es parte de una comunidad en la que conviven distintas especies en un espacio común –por ejemplo, las ardillas junto con los árboles y los insectos del bosque. Estos elementos, al interactuar con los elementos no vivos del ambiente, como el Sol, el agua o el suelo, conforman un ecosistema. Todos los ecosistemas de nuestro planeta forman parte de la biosfera, que es el nivel de organización más alto que conocemos. Para que esa biosfera funcione adecuadamente y sobreviva, es importante que cada organismo que la forma asuma el papel que le corresponde. Reconoce el carácter científico de la biología.



Revisa de nuevo el texto anterior y elabora una lista de los niveles de organización (marcados en negritas). Anota ejemplos para cada uno. 26

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La biología en mi entorno Elige un organismo que sea de tu agrado, por ejemplo, el panda, un tigre, una orquídea, etc. Elabora un cartel o diagrama en el que pegues recortes o imágenes que representen los distintos niveles de organización de la materia de las que está formado el organismo que elegiste y explícalo en clase.

Evaluación formativa 1. Imagina que haces un estudio acerca de las abejas. Las estructuras que has estudiado

están en desorden, ordénalas del mayor al menor nivel de complejidad: alas, enjambre, moléculas de veneno, sistema digestivo, células nerviosas, átomos de carbono, abeja reina, tejido muscular.

____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ 2. Relaciona las ramas de la biología con el nivel de organización de la materia que estudian.

Moléculas Células Tejidos Aparatos y sistemas Organismos

a. Citología b. Histología c. Anatomía d. Ecología e. Bioquímica f. Zoología

Poblaciones

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Tema 4

Tema 5

Tema 6

Tema 7




Avances de la biología y su importancia para la sociedad

Asume el reto Reflexiona acerca del siguiente relato: Cuentan que hace mucho tiempo, en un pequeño pueblo lejano, la gente observó un fenómeno en el cielo: el Sol se había oscurecido. La gente tuvo miedo de perder para siempre al Sol, y salió con cucharas a golpear cacerolas haciendo un ruido tremendo… después de unos minutos, el Sol volvió a salir, y es así que, desde entonces, en ese pueblo siempre que había un eclipse de Sol, la gente golpeaba sus cacerolas con mucha fuerza, por las dudas… para que volviera a brillar el astro rey. Esta historia es real y sucedía en algunas poblaciones de China, donde se pensaba que en un eclipse, el Sol era engullido por un dragón y debían golpear las cacerolas para alejarlo. En este caso, ¿cómo podrías asegurar si la fuerza de las cucharas era la que alejaba a la Luna y dejaba salir al Sol? ¿Qué hubiera sucedido si dejaban de golpear las cacerolas? ¿Es cierto que es necesario que las mujeres embarazadas se pongan unas tijeras cerca del vientre para proteger a su bebé durante un eclipse? ¿En qué se basa esta idea? Comenta con tus compañeros tus respuestas.

Las personas suelen hacerse preguntas acerca de los fenómenos que suceden a su alrededor. En ocasiones la curiosidad –y en otras la necesidad de resolver un problema concreto– las lleva a investigar las respuestas. A veces, como en el ejemplo que hemos señalado, las respuestas no tienen un fundamento científico, y se pueden basar en la casualidad, en mitos, leyendas o creencias que se han ido transmitiendo de generación en generación. Muchas veces, los conocimientos que nos transmite el saber popular son poco cuestionados y los creemos como verdades absolutas, sin ponerlos a prueba (figura 6). 28

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R etrato Charles Darwin. Desde niño, Darwin empezó a observar la naturaleza, a coleccionar escarabajos, conchas, moluscos, plantas. Su padre quería que fuera clérigo o médico, pero él prefirió embarcarse en el “Beagle”, nave en la que recorrió el mundo trabajando como naturalista. Ese viaje le dio la oportunidad de conocer una gran diversidad de organismos, plantas y animales que habitan en diferentes latitudes, y años después, al organizar y analizar cuidadosamente toda la información que obtuvo, propuso la teoría de la evolución por selección natural. Su teoría ha tenido una trascendencia enorme en el ámbito de la biología, ya que explica el origen de las especies y las relaciones entre los diversos organismos que conforman el mundo vivo.

Figura 6. Algunas explicaciones a los fenómenos naturales pueden basarse en mitologías, por ejemplo, los incas pensaban que cuando se producía un eclipse total de Sol era porque este y la Luna hacían el amor.

La ciencia es la búsqueda de respuestas a diversas preguntas, que se realiza con un alto nivel de rigurosidad para obtener pruebas contundentes y comprobables que nos permitan aproximarnos al conocimiento. El científico no se conforma fácilmente con cualquier explicación a los fenómenos que observa, sino que indaga, busca y experimenta, con el fin de resolver sus dudas. Esto implica hacer un trabajo sistemático, es decir, organizado, para ir descubriendo los secretos de la naturaleza. Así, la ciencia se puede definir como una actividad humana que busca explicaciones a los fenómenos de manera objetiva, basada en los hechos observables, que obtiene conocimientos de manera organizada o sistemática y es modificable, es decir que ningún conocimiento científico puede considerarse una verdad absoluta. Al ser una actividad humana, la investigación científica se ve afectada por factores sociales, económicos y políticos; a su vez también influye en estos. Muchas de las teorías científicas han sido influenciadas por el pensamiento filosófico de su tiempo y han tenido una gran trascendencia en la forma de entender el mundo en distintas épocas. st-editorial.com

Por ejemplo, la concepción acerca de la diversidad del mundo natural hasta antes del siglo xvi se basaba en la inmutabilidad de las especies, es decir, se pensaba que todos los seres vivos habían sido siempre los mismos y que no se relacionaban entre sí. Esto tenía que ver con la idea de una Tierra estática, que era centro del universo y con la propuesta de que nuestro planeta tenía tan solo unos 6 000 años de antigüedad, esto es, una concepción muy diferente del mundo a la que se tiene en la actualidad. Más tarde, al descubrirse los fósiles, al encontrar el parecido entre algunas especies y observar que había especies emparentadas, surgió la idea entre diversos naturalistas de que los organismos pudieron haber pasado por un proceso de transformación para dar lugar a la diversidad existente. Sin embargo, estas ideas no prosperaron sino hasta el siglo xix, cuando las corrientes de pensamiento más modernas, encaminadas a explicar que en el mundo había muchos procesos de cambio, favorecieron el nacimiento de la teoría evolutiva, la cual fue propuesta al mismo tiempo por dos personajes en lugares distintos: los naturalistas ingleses Charles Darwin (1809-1882) y Alfred Wallace (1823-1913). Esta teoría no solo revolucionó la ciencia de la biología al permitirnos descubrir que existe una relación entre todos los seres vivos y que todos se encuentran en proceso continuo de transformación, sino que también influyó definitivamente en el pensamiento y en la cultura de su tiempo. Actualmente, con los avances en la genética, se han planteado nuevas evidencias para la teoría de la evolución. Cada día surgen nuevas explicaciones acerca de cómo se originan las especies, de manera que no podríamos decir que esta sea una teoría ya completamente acabada o definida en su totalidad. Y esa es una de las principales características de la ciencia, estar en constante crecimiento de acuerdo a las evidencias que van surgiendo y los descubrimientos que se van generando en las distintas áreas del conocimiento. 29

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Figura 7. Ilustración similar a las del siglo xvii. Muestra un ser humano dentro de un espermatozoide.

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La biología ha avanzado en respuesta a los cambios que se han dado en la sociedad, de acuerdo a los avances tecnológicos y a los cambios en el pensamiento filosófico de cada época. Te preguntarás ahora qué se necesita para ser un científico. Tal vez tú imagines a un científico como a un personaje aislado y excéntrico. Nada más alejado de la realidad. Un científico es una persona como cualquier otra, que tiene problemas, gustos, aficiones, amigos… Simplemente, un científico es ante todo una persona curiosa, que gusta de enfrentarse al reto de descubrir el por qué de las cosas, y es lo suficientemente obstinado para buscar todos los caminos para resolver los problemas que se le presentan. El espíritu científico se encuentra en cada niño o niña que hace mil preguntas acerca de lo que lo rodea; quienes conservan ese espíritu en la edad adulta se vuelven personas de ciencia. Existen ciertas características que distinguen el trabajo científico, veamos cada una de ellas: Sistemática. En primer lugar, el trabajo científico se debe llevar en orden; se trata de organizar claramente las ideas y las observaciones que se realizan para lograr la comprensión de los fenómenos que se estudian. Esto se aplica a cualquier campo de la ciencia. Por ejemplo, Gregor Mendel estudió la planta del chícharo, haciendo cruzas seleccionadas entre diferentes variedades de esta planta: chícharos verdes y amarillos, y descubrió que algunas características eran dominantes y otras recesivas. Para cada uno de sus experimentos él utilizaba aproximadamente unas mil plantas, las cuales contaba cuidadosamente, organizando sus datos de manera impecable, elaborando tablas y gráficas de sus resultados. Así fue como llegó a descubrir las leyes de la herencia. Metódica. La ciencia se basa en un método para llegar a establecer sus teorías o explicaciones de los fenómenos que se observan. En general se basa en el método experimental, si es posible que este sea aplicado. El método científico, como se verá más adelante, no es una mera secuencia de pasos, sino una guía de investigación en la que se puede ir y venir de una hipótesis a la obtención de resultados, a un nuevo planteamiento de un problema, pero siempre siguiendo un orden, un método que conduzca a la obtención de resultados que se puedan interpretar para establecer conclusiones. Objetiva. La ciencia se basa en hechos observables. El investigador debe tratar de no dejarse influenciar por ideas preconcebidas, intentando ajustar sus resultados a lo esperado. Debe ser capaz de reportar exclusivamente lo que observa sin dejar que sus expectativas modifiquen sus datos. Esto en muchas ocasiones no es fácil de lograr porque la mente humana es muy poderosa y se deja llevar por lo que queremos encontrar. Por ejemplo, en el siglo xvii se pensaba que el ser humano venía guardado en miniatura dentro de cada espermatozoide y muchos investigadores publicaban dibujos donde reproducían lo que aseguraban ver (figura 7). Verificable. Quiere decir que cualquier persona puede repetir el experimento que se ha realizado y obtener resultados similares. Para ello es imprescindible llevar un registro detallado de todos los pasos de la investigación para poder repetirla bajo las mismas condiciones cuando sea necesario. Por ejemplo, si un científico está trabajando para encontrar una vacuna contra el sida y logra elaborarla y probar su efectividad, debe publicar un escrito donde explique la forma en que la obtuvo y sus resultados al aplicarla experimentalmente, de manera que otra persona en cualquier parte del mundo pueda realizar el mismo experimento y obtenga los mismos resultados. De no ser así, su investigación no sería confiable ni válida. Modificable. Una de las características fundamentales de la ciencia es estar en constante cambio. No podemos asegurar que lo que hemos descubierto hasta ahora es

Dominante. Dicho de un carácter hereditario o de su alelo correspondiente. Que se manifiesta en el fenotipo. Recesiva. Dicho de un carácter hereditario que no se manifiesta en el fenotipo del individuo que lo posee, pero que puede aparecer en la descendencia de este. st-editorial.com


la verdad absoluta, sino que son simples aproximaciones al conocimiento, que son válidas por el momento, mientras no haya nuevas explicaciones de acuerdo a los avances de cada época. Es por ello muy importante atreverse a vencer el principio de autoridad, lo cual quiere decir que no porque exista una teoría ya comprobada, esta no pueda ser refutada por nuevas evidencias que demuestren que no es tan cierta como se creía. La ciencia ha avanzado gracias a los que se han atrevido a desafiar los conocimientos ya establecidos con base en nuevas observaciones. Por ejemplo, Nicolás Copérnico (1473-1543) y Galileo Galilei (1564-1642) se atrevieron a decir que la Tierra giraba alrededor del Sol, en contra del conocimiento ya establecido de su tiempo que afirmaba que el Sol era el que giraba alrededor de la Tierra. En conclusión, podemos decir que la ciencia es una forma de entender el mundo, es una acumulación de saberes, que se adquieren mediante una metodología de investigación que le es propia, y se caracteriza, entre otros aspectos, por ser sistemática, metódica, objetiva, verificable y modificable. Sin embargo, la ciencia no tiene poderes ilimitados, no puede resolver todas las preguntas, ni es infalible. Por ejemplo, la ciencia no pretende resolver el por qué de la muerte o la finalidad de la vida, ya que en estos temas interviene la subjetividad, la forma en que cada persona percibe el mundo, y de ello nace la filosofía y la religión. La ciencia no tiene por qué contraponerse a las ideas filosóficas o religiosas que nos explican el mundo, sino que puede complementarse con ellas. La ciencia abarca el campo de lo objetivo, lo observable y lo comprobable, y es importante establecer con claridad sus límites, para no pretender de ella más de lo que nos puede ofrecer. Con todo, la ciencia es una aventura fascinante, que por sí misma causa la emoción de develar los secretos de la naturaleza; es una bella experiencia que atrapa a quien incursiona en ella. Contrario a lo que algunos piensan, la ciencia no tiene un mero sentido de utilidad, sino que es una manifestación de la cultura y de la capacidad del ser humano por comprender el mundo que le rodea. La biología en mi entorno

Reconoce el carácter científico de la biología. Reconoce las aplicaciones de la biología en su vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones.

Existen actividades seudocientíficas, como la astrología, que determina los horóscopos y la personalidad a través de la influencia de los astros, en contraste con la astronomía, ciencia que estudia las estrellas, el Sol y los cuerpos celestes.

1. R eúnete con tres compañeros y establezcan por qué a la astrología no se le puede considerar una ciencia.

2. Elaboren un informe escrito. En su trabajo deben hacer referencia a las características básicas de la ciencia y en particular de las ciencias experimentales.

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Tema 5

Tema 6



Tema 7 Avances de la biología y su importancia para la sociedad

Asume el reto ¿Has oído hablar de la mariposa monarca? Es famosa porque hace una gran migración desde Canadá hasta México. 1. Explica cómo harías para demostrar qué estrategia o qué órganos utiliza para guiarse en su camino desde los bosques de Canadá hasta los de las zonas altas de Michoacán. 2. Plantea algunas ideas o hipótesis y lo que harías para comprobarlas. 3. Llévalas por escrito a tu clase y coméntalas con tus compañeros.

¿Cómo resolver un problema en ciencia? Seguramente en el ejercicio acerca de las mariposas te has dado cuenta de que hay diversidad de ideas y métodos para explicar un fenómeno determinado. Lo importante es tratar de ser organizado, tener en claro lo que se quiere saber y estar abierto a cualquier posibilidad que surja en el transcurso de una investigación. La forma en que se desarrolla una investigación científica no tiene recetas, ni se basa en un método rígido que invariablemente conduzca a la solución de los problemas planteados. En realidad, en la ciencia se requiere de creatividad, capacidad de observación, uso de la lógica y de integrar, en un momento dado, todos los elementos, los conocimientos previos y el análisis de las evidencias obtenidas, para lograr describir o comprender claramente un proceso determinado. 32

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Generalmente, un científico puede dar vueltas a un problema y trabajar durante años para encontrar una explicación, o bien, puede ser que en un momento de suerte algún evento le permita hacer un descubrimiento importante. Claro está que para ello se requiere que tenga la capacidad de observar, analizar e interpretar lo que sucede. Aun cuando no podemos hablar de un método científico único, sí es posible decir que, en general, las investigaciones científicas basadas en el método experimental pasan por ciertas etapas comunes. Veamos en los siguientes apartados cuáles son.

Observación

Observar es mirar con cuidado las cosas que nos rodean. Tal vez hemos visto muchas veces el mismo árbol en el camino y, sin embargo, no nos hemos detenido a observar con cuidado cuándo florece, si ha perdido sus hojas, qué aves lo frecuentan, qué insectos lo polinizan o cuánto ha crecido. Cuando uno observa puede aprender sobre la naturaleza. Es importante que en la observación nos limitemos a mirar y anotar lo que vemos, tratando de no alterar el fenómeno. La observación no es solo el primer paso en la investigación, sino que se lleva a cabo durante todo el proceso.

Planteamiento del problema

De la observación parte el cuestionamiento, es decir, la formulación de un problema. Es importante que el problema se plantee en términos que faciliten el camino para encontrar su solución. Hay que tener muy claro el propósito de la investigación y verificar que no haya sido resuelto antes por otros científicos, a menos que el interés sea el de comprobar sus resultados. Hace años, un científico holandés llamado Christian Eijkman (1858-1930) se planteó un problema interesante; veamos en qué consistió su investigación. Aproximadamente en 1893, se veía que muchas personas en Indonesia padecían una enfermedad llamada beriberi, que afectaba severamente el sistema nervioso. Nadie sabía el origen de esta enfermedad, así que era fundamental descubrir a qué se debía que algunas personas la adquirieran.

Información previa

Cuando se ha planteado un problema, es importante buscar la información que pudiera darnos un marco teórico sobre el cual dirigir una investigación. Esta información se puede obtener en libros, en revistas especializadas o en Internet. Es necesario, después de recabar la información, clasificarla y seleccionar la que sea pertinente, es decir, que provea de conceptos básicos que ayuden a precisar y delimitar el problema y a plantear las hipótesis adecuadas. En el caso que estamos comentando, Eijkman, que vivió mucho antes de que existiera la Internet, consultó en los libros que había disponibles en su época acerca de esta enfermedad. Además, se trasladó al lugar (Indonesia) y buscó datos que pudieran ser útiles para desarrollar su investigación. Así encontró que los pollos también presentaban la misma enfermedad y que se les alimentaba con arroz, con o sin cascarilla. Entonces pensó que la alimentación podría tener algo que ver con la enfermedad, por lo que se podía proponer una hipótesis. Por otra parte, en ese tiempo se había descubierto que muchas enfermedades eran causadas por bacterias y esto sugería otra posibilidad que podía conducirlo a plantear otra hipótesis. st-editorial.com

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Hipótesis

Lote A. Arroz con cáscara

Lote B. Arroz sin cáscara Figura 8. Lotes del experimento de Eijkman, alimentados con arroz con cáscara y con arroz sin cáscara.

los pollos que reciben alimentación de Una hipótesis es una suposición que hacearroz con cascarilla. mos acerca de un fenómeno determinado. • Hay ciertas variables que deben manLas hipótesis suelen basarse en una variable tenerse constantes en ambos lotes para experimental y una predicción. que los resultados sean confiables y no En este caso, Eijkman se planteó dos varíen entre un lote y otro; por ejemposibles hipótesis: plo, la temperatura o la cantidad de • Que la enfermedad se debía a una deagua que toman. ficiencia nutricional. • Cuando se diseña un experimento hay • Que la enfermedad era causada por una variable experimental, que es la que una bacteria. se está manipulando para poner a prueba la hipótesis. En este caso, el arroz sin casDecidió usar los pollos como modelo carilla que proporcionamos a los pollos experimental y quiso probar la primera hies la variable, a la cual llamamos variable independiente, y al resultado que se obpótesis, para lo cual observó cómo alimenserva le llamamos variable dependiente. taban a los pollos. Descubrió que los que comían arroz integral (con cascarilla) no se enfermaban y los que se alimentaban con Experimentación arroz sin cascarilla sí. Entonces hizo la si- Una vez diseñado el experimento, se lleva guiente predicción: “Si el beriberi es el resul- a la práctica y se anotan con cuidado los tado de alimentarse con arroz descascarado, resultados obtenidos, de manera que sea entonces, los pollos alimentados con arroz posible reproducirlos. En este caso, Eijkman mantuvo endescascarado desarrollarán la enfermedad”. En caso de que la hipótesis fuera re- corralados a los pollos por dos semanas en condiciones idénticas, excepto por la chazada, podría comprobar la otra. alimentación que daba a cada lote.

Diseño experimental

Ahora que ya tenía una predicción, ¿qué debía hacer? Por supuesto, diseñar un experimento en el que su predicción se llevara a la práctica. Eijkman preparó dos lotes o grupos de pollos, unos que se alimentaban con arroz con cascarilla y otros que se alimentaban con arroz descascarado (figura 8). El objetivo era observar cuáles se enfermaban. Al diseñar un experimento hay que tomar en cuenta varios factores importantes: • No es confi able utilizar un solo organismo para hacer las observaciones porque podría haber un error en el muestreo. Imaginemos que hubiera elegido a un pollo que estaba enfermo y que muriera antes de concluir el experimento. Mientras mayor sea el número de organismos que se utilicen en un experimento, mayor confiabilidad tendrán los resultados. • Es necesario tener un lote control o testigo, que va a servir como punto de comparación. En este caso, serían

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Análisis de los resultados

Luego de realizado el experimento, los resultados se interpretan para obtener conclusiones. Estas deben registrarse de manera sistemática mediante tablas y, de ser posible, gráficas, para que puedan ser analizadas con mayor facilidad. Eijkman observó que después de las dos semanas de su experimento, 40% de los pollos que consumió arroz sin cáscara desarrollaba los síntomas del beriberi, mientras que los alimentados con arroz con cascarilla no mostraban signos de la enfermedad. En el proceso del análisis de resultados entran tres tipos de razonamiento: inductivo, deductivo y analógico. El razonamiento inductivo es el que a partir de observaciones en lo particular explica algún proceso o fenómeno en general; el razonamiento deductivo nos permite pasar de lo general a lo particular; y con el razonamiento analógico establecemos analogías o comparaciones entre un fenómeno y otro similar.

Variable. Característica observable de la realidad, que puede ser medida. Predicción. Puede formularse mediante razonamientos y estructurarse como regla o ley general, que da cuenta del comportamiento de un sistema y predice cómo actuará este en situaciones específicas. st-editorial.com


Por ejemplo, al analizar los resultados de este experimento, fue posible pasar de lo particular de las observaciones en los pollos, a lo general, es decir, a comprender que lo que pasaba en los pollos podría aplicarse a diversas especies, entre ellas la humana, que tuvieran deficiencias vitamínicas.

Conclusiones

A partir de estos resultados, Eijkman concluyó que había algún factor nutricional importante en la cascarilla del arroz que prevenía el beriberi. Sus conclusiones se verificaron cuando hizo un estudio acerca de los presos de varias cárceles de Indonesia y vio que los que recibían en su alimentación arroz con cascarilla no se enfermaban, mientras que en los alimentados con arroz sin cascarilla sí se presentaron varios casos de beriberi. Los resultados nos conducen de nuevo hacia la hipótesis, o sea, ahora es necesario saber si esta puede ser aceptada o rechazada. A partir de las conclusiones se determinan nuevos experimentos que permiten complementar la investigación. Si las conclusiones no concuerdan con la primera hipótesis, se empieza la formulación de una nueva hipótesis.

Informe escrito

Cuando se logra hacer algún descubrimiento es muy útil que se comuniquen los resultados por medio de un informe escrito. Eijkman publicó sus resultados, los cuales sirvieron para dar pie a otras investigaciones. Estudios posteriores indicaron que el factor que se encontraba en la cascarilla del arroz era la tiamina o vitamina B1, y que esta es indispensable para el buen funcionamiento del sistema nervioso. Actualmente sabemos que es saludable consumir productos que contengan cereales integrales, ya sea de trigo o arroz, por su alto contenido de tiamina. En el pasado, los registros de resultados experimentales se archivaban en anales, revistas o libros que difícilmente podían ser consultados por investigadores en lugares lejanos, lo que dio como resultado la duplicación de trabajo y el avance más lento de la ciencia. Hoy, la mayor parte de la información científica se publica en revistas especializadas de gran circulación y en Internet; esto ha permitido que los avances en las investigaciones científicas sean vertiginosos.

Teoría

Cuando se llevan a cabo experimentos y observaciones sobre un mismo fenómeno, es posible llegar a formular teorías que integran los conocimientos adquiridos sobre el tema. Una teoría es un marco conceptual que abarca toda un área del conocimiento científico. No siempre un experimento da lugar a una teoría, algunas veces solo confirma una ya existente. Algunas de las teorías más aceptadas en biología st-editorial.com

ya han sido mencionadas, como la teoría celular, la del gen y la de la evolución. Los pasos que hemos mencionado se pueden ver en el esquema siguiente. Pasos del método científico Planteamiento del problema Información previa Hipótesis Diseño del experimento Experimentación Ánalisis de los resultados Conclusiones Aceptación o rechazo de la hipótesis Elaboración del informe

Otras evidencias

Elaboración de la teoría

Cabe mencionar que en biología no siempre es posible recurrir al método experimental, ya que hay fenómenos en los que no podemos más que observar y comparar, como en el caso de los procesos evolutivos, en los que no se pueden introducir variables ni modificar las condiciones. Sin embargo, en estos casos la observación sistemática y minuciosa permite obtener resultados confiables. Además, como ya habíamos mencionado, el método científico no es rígido, es una estrategia general flexible que facilita la obtención de información confiable para generar nuevos conocimientos. También es importante precisar que la ciencia no es una colección estática de conocimientos establecidos, ni una serie de leyes y teorías que hay que memorizar y aplicar, sino que es dinámica y cambiante. El trabajo científico de toda una vida puede derrumbarse y cambiar de pronto al surgir nuevas evidencias que demuestran que las viejas teorías ya no son válidas. La naturaleza de la ciencia es el cambio, la actualización permanente. Los conocimientos generados hasta hoy forman la base de lo que será mañana, pero lo que sabemos hoy es apenas una pequeña fracción de la realidad en su conjunto; posiblemente tendremos que cambiar en el futuro nuestra concepción del mundo con base en los avances que se vayan generando en los años por venir. Tú que ahora lees este libro podrías ser –¿por qué no?– quien descubra nuevos conocimientos y a base de creatividad y esfuerzo logres abrir caminos desconocidos para la biología. 35

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Lee Para migrar, las mariposas monarca utilizan una especie de gps natural […] Hasta el momento se creía que la clave para que las monarcas mantuvieran el sentido de la orientación estaba en el cerebro. A través de su reloj circadiano –el sistema que controla rutinas biológicas como el sueño– podían corregir su orientación y mantener el rumbo sur de acuerdo con el desplazamiento del Sol. Pero el estudio comandado por los neurobiólogos de la Universidad de Massachusetts, Steven Reppert, Christine Merlin y Robert Gegear,

demostró que, en realidad, son las antenas las que funcionan como una suerte de gps o navegador satelital. “Las antenas de los insectos son un órgano extraordinario, no solo capaces de captar las señales olfativas, sino que también pueden detectar la dirección del viento e incluso el sonido”, señaló Steven Reppert en la investigación. Como parte de este estudio, los científicos hicieron una prueba con mariposas a las que les extrajeron las antenas. El resultado era siempre el

mismo: se perdían. Una segunda parte de la comprobación consistió en pintar las antenas de negro, y también perdieron la ruta. Ahí fue cuando descubrieron que a través de las antenas podían seguir la orientación solar, hecho que terminó de comprobarse cuando luego pintaron las antenas con esmalte transparente. Las mariposas mantenían la ruta al sur porque podían captar la luz solar. […]

Fuente: Diego Geddes. En: www.clarin.com/diario/2009/09/26/sociedad/s-02006429.htm Organicen equipos de cuatro integrantes y de acuerdo a la lectura anterior resuelvan las siguientes preguntas.

1. ¿Cuál era la hipótesis que se había planteado antes de llegar al descubrimiento que se señala en la lectura?

2. Identifiquen para este experimento: a. el problema.

b. la hipótesis.

c. el diseño experimental.

d. los resultados.

e. las conclusiones.

3. Expliquen en su cuaderno por qué fue necesario hacer un experimento en el que pintaron las antenas de las mariposas con esmalte transparente.

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actividad grupal


1. Organizados en equipos, diseñen y realicen un experimento basado en resolver alguno de los siguientes problemas, o algún otro que propongan: • Cómo evitar el oscurecimiento de la manzana cuando se parte. • Cuáles son las condiciones más propicias para que se desarrollen los hongos. • Qué relación existe entre el canto de los grillos y la temperatura. • Qué efectos causa la lluvia ácida en la germinación de las semillas. • Cuál es la relación entre la temperatura del agua y la frecuencia respiratoria de los peces.

2. Su trabajo debe incluir: a. información previa. b. hipótesis. c. manejo de variables. d. análisis de resultados. e. tablas o gráficas. f. conclusiones. 3. Compartan en plenaria los resultados de su investigación. 4. Entreguen un reporte de su investigación por escrito.

Quiero saber más…

Para saber acerca de la mariposa monarca y los últimos descubrimientos al respecto, visita la página: http://cuentame.inegi.gob.mx/sabiasque/mariposas.aspx?tema=S

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Tema 6 Características del método científico aplicado a la biología

Tema 7 Avances de la biología y su importancia para la sociedad

Asume el reto ¿Cuáles son los beneficios y posibles riesgos del uso de nuevas tecnologías en la biología? Investiga qué son las plantas transgénicas, cuáles son las ventajas que aportan en cuanto a la producción de alimentos y los problemas que se podrían acarrear al cultivarlas y comercializarlas. Trae tu investigación por escrito y comenta los resultados con tus compañeros de clase.

El avance de una sociedad va casi siempre de la mano con el desarrollo tecnológico. En la actualidad la mayoría de los países destinan una parte importante de su presupuesto gubernamental para la investigación científica y para la tecnología, lo cual repercute directamente en beneficios para sus habitantes. ¿A qué se debe esto? La ciencia puede concebirse desde dos perspectivas distintas. En primer lugar, existe la llamada ciencia pura, que es la investigación científica sistematizada que se lleva a cabo para descubrir los misterios de la naturaleza. Aquella nace a partir de la curiosidad del ser humano por comprender el mundo que le rodea y es la primera finalidad de la ciencia. La ciencia pura o ciencia básica ha descubierto infinidad de procesos que nos permiten entender mejor los fenómenos de la vida, desde procesos a nivel macroscópico hasta los más finos y detallados comportamientos de las moléculas que conforman un ser vivo. La ciencia pura brinda la información sobre la cual se ha desarrollado la ciencia aplicada. La ciencia aplicada, por su parte, consiste en hacer uso práctico del conocimiento, es decir, investigar un fenómeno determinado con la finalidad de resolver algún problema concreto. 38

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Figura 9. En nuestro país los centros de investigación se han multiplicado y han mejorado sus instalaciones y equipamiento; sin embargo, aún hay mucho por hacer en el campo de la ciencia.

En realidad ambos enfoques se combinan; la vida del ser humano ha podido mejorar tanto por los avances en la investigación biológica básica, como por la ciencia aplicada que los ha convertido en realidades tangibles con las que tenemos contacto todos los días. Así, el bienestar de las personas, los avances en materia de salud o de alimentación, dependen en buena medida de los logros de la investigación científica. A pesar del aumento en los establecimientos de investigación y la mejora de sus instrumentos (figura 9), aún hay mucho por hacer en el campo de la ciencia, hace falta más apoyo de manera que nuestra investigación científica pueda responder a las necesidades actuales. Las ciencias aplicadas relacionadas con la biología son la medicina, la agronomía, la veterinaria y las ciencias ambientales. En todas ellas se pretende elevar la calidad de la vida humana y, por lo tanto, de la sociedad. La combinación de la tecnología con la biología ha dado lugar a la biotecnología, que se ha utilizado desde tiempos ancestrales; por ejemplo, al utilizar microorganismos para fermentar el jugo de uva y producir vino. En la actualidad, los avances de la biotecnología han sido espectaculares. El descubrimiento de la estructura del adn ha abierto la posibilidad a la modificación genética de diversos organismos, a la obtención de productos como vacunas, hormonas y medicamentos que antes nunca se hubiera imaginado obtener.

Asimismo, los avances de la tecnología, puestos al servicio de la ciencia, han permitido perfeccionar las técnicas de diagnóstico de enfermedades, gracias al uso de ultrasonido, pruebas de resonancia magnética, marcadores de contraste y mucho más. Estamos también ante un nuevo panorama en cuanto al desarrollo de cultivos: la presencia de plantas transgénicas. Al respecto, existen polémicas y opiniones encontradas. Veamos. Hay quienes creen que son algo positivo para la sociedad, pues resisten heladas, suelos empobrecidos y todo tipo de plagas, y producen frutos que resisten muchos días en el mercado sin deteriorarse. Además, el ganado y los animales de granja que han sido mejorados por nuevas técnicas genéticas tienen rendimientos óptimos, se mantienen sanos y proporcionan productos de alta calidad. Por último, también es posible utilizar los microorganismos a favor del ser humano al modificarlos genéticamente, para elaborar detergentes, saborizantes, azúcares y mucho más. Por su parte, hay quienes creen que la introducción de cultivos y alimentos transgénicos en el sistema de producción de alimentos genera una serie de posibles consecuencias negativas. Solo mencionamos algunas: • En la salud humana: posibilidad de aumento de reacciones alérgicas a los alimentos a causa de la modificación genética, de que se promueva la pérdida de nuestra capacidad para tratar las enfermedades con antibióticos, entre otros problemas. • En el medio ambiente: probabilidad que se vea afectada la biodiversidad, ya que se crean nuevas variedades de plantas y aquellas del mismo tipo que no han sido alteradas irán disminuyendo; filtración de proteínas transgénicas en el suelo, flujo de genes de un cultivo a otro, etc. (figura 10). En cuanto al campo de la salud, podemos señalar que las enfermedades que antes causaban gran mortandad ahora son curables, el promedio de vida del ser humano se ha ido elevando cada vez más, de alrededor de los 35 años en la época romana a 70 o más en la mayoría de los países desarrollados. Los retos que quedan por vencer son las nuevas enfermedades para las que aún no existe cura, tales como el sida y el cáncer, aunque se han alcanzado avances significativos en las investigaciones al lograr tratamientos que prolonguen y provean una calidad de vida aceptable a quienes padecen estos males.

Plantas transgénicas. Aquellas que contienen uno o más genes introducidos artificialmente, en lugar de que la planta los obtenga mediante la polinización. st-editorial.com

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Figura 10. Un riesgo ambiental puede surgir por el excesivo uso de cultivos modificados con genes que producen toxinas insecticidas.

Por otra parte, necesitamos enfrentar los problemas ambientales que hemos generado por varios años; para ello, lo mejor que podemos hacer es intensificar la investigación en busca de soluciones, sin olvidar que de nuestra actitud ante la naturaleza depende nuestra supervivencia; somos parte del mundo vivo y por lo tanto es nuestra responsabilidad conservarlo. No podemos negar que los avances de la biotecnología han sido formidables y que todos nos hemos visto beneficiados por ellos; sin embargo, surge la interrogante acerca de lo que el futuro pudiera depararnos al modificar en un instante seres vivos que tardaron millones de años en evolucionar. Las consecuencias pudieran emerger cuando ya no haya posibilidades de dar marcha atrás. Esta es la razón por la cual se hacen llamados de atención sobre la utilización de las nuevas tecnologías: deben ser usadas con cuidado, midiendo cada paso y escuchando las voces que apelan a la reflexión sobre la forma en que son aplicadas.

Lee Principio de precaución Contra lo que se cree, la ciencia no siempre proporciona respuestas tajantes, sobre todo en las fronteras del conocimiento. Visualicemos el conocimiento científico como un círculo que va creciendo a lo largo de la historia. En su centro está lo que sabemos con certeza casi completa, como que la Tierra es esférica o que el adn es una doble hélice. Al alejarnos del centro del círculo encontramos conocimiento más reciente que, aunque sólido, puede ser cuestionado. Las posibles causas del cáncer o el significado de la teoría cuántica son dos ejemplos. Y en el perímetro del círculo hallamos teorías que todavía están en discusión: los expertos aún no han llegado a un consenso. Quizá queden dentro del círculo, o quizá fuera. A veces estas teorías en duda afectan directamente al ser humano o al ambiente, como ocurre con la discusión sobre el calentamiento global o la siembra de vegetales transgénicos.

Se cree que el actual aumento de la temperatura atmosférica se debe a gases de invernadero como el dióxido de carbono, liberado por la actividad humana. Si es así, como estudios muy numerosos indican, sería urgente dejar de producirlo. Pero el costo de sustituir la tecnología basada en la quema de combustibles por otras fuentes de energía sería inmenso. Y los vegetales transgénicos tienen el potencial de aumentar la productividad alimentaria para combatir el hambre, pero podrían contaminar los genes de cultivos tradicionales y causar un daño ecológico difícil de predecir y controlar. ¿Qué decisión tomar, en casos así, si ni los expertos se ponen de acuerdo? Desde hace algunos años se acepta que la solución más adecuada es el llamado principio de precaución, que indica que si hay razones para creer que una acción pudiera causar daño público o ambiental, y no hay certeza científica de que esto no ocurrirá, debemos abstenernos de realizar dicha acción.

Suena simple. Pero el balance de costos y beneficios es complejo: someter a la economía global a una presión adicional podría causar mucho daño innecesario. Y dejar de producir alimento necesario ante un posible daño al ambiente puede ser no solo un error, sino una falta de ética. Afortunadamente el círculo del conocimiento sigue creciendo; las incertidumbres van dejando de serlo. Hoy existe consenso casi total respecto al cambio climático: es claro que dejar de emitir dióxido de carbono debe ser una prioridad para todos los países. El asunto de los transgénicos no es todavía tan claro, pero sin duda, la discusión e investigación continua ayudarán pronto a tomar la mejor decisión. La ciencia puede ser útil y benéfica, pero también peligrosa. Por eso, el conocimiento que produce debe aplicarse con cuidado y sabiduría.

Fuente: Martín Bonfil Olivera. “Principio de precaución”. En: ¿Cómo ves?

1. Explica por escrito el significado de la frase: “La ciencia puede ser útil y benéfica, pero también peligrosa”. 2. Comparte con tus compañeros tu respuesta y comenten entre todos acerca del tema de la lectura.

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RECONOCES LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA DE LA VIDA actividad grupal


Reconoce las aplicaciones de la biología en su vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones. Reconoce el carácter científico de la biología.

Reunidos en equipos de seis estudiantes, realicen las siguientes actividades.

1. Investiguen acerca de los avances más recientes que se han hecho en el campo de la biología, sus ventajas y los riesgos que conllevan algunos de ellos.

2. Elaboren un organizador gráfico (periódico mural, collage u otro) para señalar los beneficios que ha aportado la biología a la sociedad.

3. P articipen en un debate acerca de los beneficios y riesgos de las nuevas tecnologías que se han desarrollado en el área de la biología. • La mitad de los equipos del grupo estarán a favor de todos los avances en tecnologías biológicas. • La otra mitad estará en contra de las actividades que se consideren de riesgo. • Cada equipo argumentará sus razones y defenderá sus puntos de vista, siempre respetando las opiniones de los demás. • Al final se generará una conclusión entre todo el grupo.

RÚBRICA PARA EVALUAR LA PARTICIPACIÓN EN EL DEBATE Evaluación/ 4 3 Aspecto Toda la información presentada es clara y precisa. Comprensión Comprenden claramente el tema y y manejo son convincentes.

Información

Actitud

Todos los argumentos para rebatir son precisos y relevantes. Aportan numerosos puntos de vista con apertura y respetan las ideas de los demás.

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La mayor parte de la información es clara y precisa. Entienden el tema, no son muy convincentes.

Alguna parte de la información es clara y precisa, pero no toda. Parecen entender el tema, con algunos errores.

Hay varios errores, la información no siempre es clara. No comprenden claramente el tema.

La mayoría de los argumentos para rebatir son precisos y relevantes. Aportan suficientes ideas y muestran respeto a los demás.

Algunos de los argumentos para rebatir son relevantes y otros son débiles. No hacen muchas aportaciones, muestran respeto a las ideas de los demás.

No establecen contraargumentos precisos ni relevantes.

del tema

Forma de rebatir

2

No se muestra respeto ante alguna de las participaciones de los compañeros.

VALORACIÓN 13 a 16 puntos 9 a 12 puntos 5 a 8 puntos 1 a 4 puntos

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Excelente Bien Satisfactorio No satisfactorio

41

Evaluación sumativa Heteroevaluación I. Resuelve los siguientes ejercicios y muestra tus respuestas al docente. 1. Anota una definición de biología.

2. Da un ejemplo en el que la química se relacione con la biología.

II. Elabora un diagrama de los niveles de organización de la materia en el que incluyas los siguientes términos: célula, molécula, organismo, tejido, átomo y órgano.

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III. Lee el siguiente texto e identifica las ramas de la biología involucradas en esa investigación. unam

desarrolla insecticida ecológico

Muchas especies de mosquitos y otras especies de artrópodos transmiten enfermedades tanto al ser humano como a los cultivos; las plagas causan severos daños a los sembradíos y para controlarlas se han utilizado insecticidas sintéticos a base de productos químicos, pero estos pueden causar serios problemas ambientales. Se han desarrollado entonces métodos alternos, como el control biológico, que consiste en utilizar especies que atacan de manera natural a organismos dañinos pero que respetan a los benéficos y no afectan a los vertebrados. La doctora Bravo de la Parra de la unam y su equipo han estudiado la bacteria Bacillus turgensis (Bt), la cual se utiliza como ingrediente activo en insecticidas biológicos. Se ha descubierto que esta bacteria produce una serie de toxinas que ingresan al sistema digestivo del insecto y

se unen a proteínas que están en el intestino. Varias toxinas se unen y forman moléculas que se pegan a la membrana del intestino del insecto y perforan las células. Bravo detectó que muchos insectos se hacen inmunes a las toxinas Bt porque sus proteínas carecen de un fragmento que provoca que se desprenda la fracción tóxica. La investigadora y su equipo cortaron ese segmento de la toxina y se lo administraron a insectos que ya eran resistentes al Bt. Habían encontrado la clave para crear un nuevo bioinsecticida. Los resultados de esta investigación se publicaron en noviembre del 2007 en la revista Science. Este insecticida orgánico fue patentado por la unam, y ya son varias las empresas interesadas en comercializarlo.

Fuente: Martha Duhne. “unam desarrolla insecticida ecológico”. En: ¿Cómo ves?

Autoevaluación I. A continuación se describe un experimento científico, que tiene varios errores. Señala cuáles son. Un investigador quería saber acerca de las propiedades de la concha nácar en el cuidado de la piel. La gente dice que la concha puede tener resultados muy favorables para eliminar manchas, cicatrices y otras imperfecciones. Así que tomó polvo de concha nácar, le agregó una buena cantidad de limón, la mezcló y con ello elaboró una crema. Esta fue aplicada a una persona que tenía manchas en la piel. Ella se ponía una cantidad suficiente de la crema, en algún momento del día. El experimento se llevó a cabo durante algunos días y después se observaron los resultados. El investigador pudo ver la piel un poco más clara y menos manchada en la persona que se aplicó la crema, por lo que concluyó que el producto que había elaborado era muy efectivo, y que la concha nácar tiene algún componente desconocido que aclara la piel.

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II. Describe tres avances de la biología que han mejorado la vida de las personas.

III. Anota tu punto de vista en una hoja aparte acerca del manejo de plantas transgénicas. IV. Reflexiona y responde las siguientes preguntas acerca de tu desempeño durante el estudio de este bloque.

1. ¿En qué actividad se te presentaron más dificultades?, ¿qué estrategias tomaste para superarlas?

2. ¿Reconociste conocimientos previos?, ¿cuáles?

3. Menciona algún ejemplo en el que puedas aplicar los conocimientos adquiridos en este bloque para tu vida cotidiana.

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Instrumentos de evaluación I. Realiza las siguientes actividades. 1. A hora que estás a punto de concluir con el estudio del presente bloque, retoma el problema que se te planteó al inicio (p.13).

2. Trata de resolver el problema. 3. Fíjate si esta vez pudiste resolverlo con más facilidad o si te resultó complicado; esto con la finalidad de que fortalezcas las competencias adquiridas.

II. Utiliza el siguiente instrumento de evaluación para que ubiques cuáles fueron los desempeños que alcanzaste en el estudio de este bloque. Suma el total de aciertos de esta rúbrica con el total de aciertos de la valoración anterior que has hecho para que evalúes tu aprendizaje de este bloque. Luego, consulta la siguiente escala. Aspectos a evaluar

3

2

1


Identificas correctamente el campo de estudio de las biología y su interacción con otras ciencias.

Describes, con algunas dificultades, el campo de estudio de las biología y su interacción con otras ciencias.

No describes correctamente el campo de estudio de las biología y su interacción con otras ciencias.

Reconoce las aplicaciones de la biología en su vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones.

Reconoces claramente las aplicaciones de la biología en tu vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones.

Reconoces, con algunas dificultades, las aplicaciones de la biología en tu vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones.

No reconoces las aplicaciones de la biología en tu vida cotidiana y el impacto ambiental, social y económico de sus aplicaciones.


Reconoces plenamente el carácter científico de la biología.

Reconoces, con algunas dificultades el carácter científico de la biología.

No reconoces el carácter científico de la biología.

Valor

9

6

3 Total:

Escala Excelente: 8-9 Bien: 6-7 Regular: 4-5 Insuficiente: 1-3

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Bloque 2 Identificas las características y los componentes de los seres vivos

Bloque 1

Reconoces la biología como ciencia de la vida

Bloque 2 Identificas las características y los componentes de los seres vivos

• Comprende las características distintivas de los seres vivos. • Explica la conformación química de los seres vivos a través del conocimiento de la estructura y función de los bioelementos y de las biomoléculas. • Valora el papel de los bioelementos y las biomoléculas como componentes importantes en la nutrición humana.

Bloque 3


Continúa...

Competencias a desarrollar • Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas de sus comportamientos y decisiones. • De manera general o colaborativa, identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. • Utiliza las Tecnologías de la Información y la Comunicación para obtener, registrar y sistematizar información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y/o realizando experimentos pertinentes. • Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones aportando puntos de vista con apertura y considerando los de otras personas de manera reflexiva. • Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del conocimiento explicitando las nociones científicas para la solución de problemas cotidianos.

• Trabajando en equipo, diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos relativos a las ciencias biológicas. • Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental advirtiendo que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente. • Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos. • Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana enfrentando las dificultades que se le presentan, siendo consciente de sus valores, fortalezas y debilidades. • Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.

Introducción

¿

Objetos de aprendizaje Características de los seres vivos: estructura, organización, metabolismo, homeostasis, irritabilidad, reproducción, crecimiento, adaptación Propiedades del agua y su relación con los procesos en los seres vivos Estructura y función de las moléculas orgánicas: carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos

Has pensado cuál es la diferencia entre la materia inerte, por ejemplo, una piedra y un ser vivo? Tienen los mismos componentes, pero en los seres vivos esos componentes

están altamente organizados. En este bloque conoceremos las características de los seres vivos, así como sus componentes moleculares: los bioelementos, las proteínas, los carbohidratos y lípidos, y el papel de cada uno en los diversos procesos vitales. También exploraremos las características de una molécula que ha pasado a ser la figura más conocida en estos últimos tiempos: el adn, o ácido desoxirribonucleico, que interviene en aspectos de la herencia y determina las características de cada persona. Además haremos una reflexión acerca de los componentes que forman parte de nuestra alimentación, y aprenderemos a seleccionar los que nos pueden conducir a una nutrición saludable. En el siguiente mapa conceptual se incluyen de manera resumida los contenidos del presente bloque.

adn: estructura, replicación, aRn y síntesis de proteínas, código genético

Seres vivos

tienen ciertas

están formados por

características distintivas

componentes químicos

como

como

agua y minerales estructura metabolismo reproducción crecimiento homeostasis adaptación

48

carbohidratos

lípidos

proteínas

ácidos nucleicos realizan

replicación trancripción traducción

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Para comenzar...


Para que puedas comprender los temas de este bloque, es necesario


Cuestionario para identificar las características distintivas de los seres vivos; explicación posterior de estas características, con apoyo audiovisual. Organizador gráfico con la definición de ser vivo y de materia inerte, donde se ejemplifiquen las características distintivas de ambos.

Conocimientos I. Responde lo que se te solicita a continuación. 1. Anota el símbolo de los siguientes elementos químicos. Sodio

Nitrógeno Potasio

Hierro

Yodo

Flúor

Magnesio Zinc

Calcio

2. Anota tres propiedades físicas del agua.

3. Explica cuál es la diferencia entre una vitamina y una proteína.

4. Anota el nombre de dos ácidos nucleicos.

II. Explica qué es un puente de hidrógeno. Elabora un esquema para representarlo.

Material audiovisual que muestre las características de los bioelementos primarios y de los secundarios, y que ejemplifique su presencia y sus funciones en los seres vivos, para solicitar una investigación de la función y la importancia de los bioelementos en el mantenimiento de la homeostasis y en las funciones celulares y corporales. Preguntas para retomar los conocimientos previos sobre las propiedades físicas y químicas del agua, a fin de coordinar investigación de la importancia de esta sustancia como principal molécula inorgánica de interés biológico. Actividad experimental para relacionar las propiedades del agua con su función en los seres vivos. Exposición mediante material audiovisual de las características estructurales y funcionales de las principales biomoléculas: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos; ejercicios para la identificación de la estructura y la función de las principales biomoléculas; cuadro resumen ilustrado donde se compare la estructura y la función de las biomoléculas de los seres vivos. Actividad experimental para identificar a las principales biomoléculas como componentes de los alimentos cotidianos. Continúa...

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Habilidades

Investigación acerca de la variedad de dietas en culturas indígenas, regiones y países, y sobre la importancia de formar en los seres humanos una cultura alimentaria que garantice la salud individual, comunitaria y mundial.

I. Elige cuáles de las siguientes características son comunes a todos los seres

Foro de discusión sobre los siguientes temas: papel de los bioelementos y las biomoléculas en la nutrición de los seres vivos; cómo busca la industria alimentaria garantizar la nutrición adecuada de los seres vivos (humanos y otros) mediante la fabricación de productos complementarios; equilibrio riesgobeneficio, sobre la salud, del uso de complementos y suplementos alimenticios.

II. Elabora un mapa conceptual donde ubiques los distintos tipos de moléculas de

vivos y márcalas. Se nutren

Caminan

Tienen células

Hacen fotosíntesis

Piensan

Se reproducen

Tienen cabeza

Respiran

Nadan

los seres vivos.

Exposición de una muestra gastronómica típica de la cultura del grupo, de su comunidad, su región o su país, e identificación de la presencia de moléculas orgánicas en alimentos naturales. Explicación del proceso de síntesis de proteínas a partir del mensaje genético del adn; ejercicios relacionados con la aplicación y el manejo del código genético.

Actitudes y valores Responde las siguientes preguntas.

1. ¿Qué importancia piensas que tiene el elegir una nutrición adecuada?

Investigación documental sobre las aplicaciones del conocimiento del código genético en seres humanos, plantas y animales, y en la descripción del mapa genético de los mexicanos. Actividad experimental para extraer adn a partir de una fuente orgánica. Actividad integradora en equipo para investigar importancia de aplicaciones de la genética basadas en el descubrimiento del código genético; presentación de reportes con los criterios requeridos y plenaria grupal.

2. ¿Qué hábitos alimentarios consideras que son perjudiciales para tu salud?

3. ¿Qué importancia tiene el estudio de los genes en los seres vivos?

Diseño de organizador gráfico para analizar y discutir lo aprendido en el bloque. 50

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Problema La siguiente herramienta didáctica constituye una situación problémica para que trates de resolverla. Lee con atención los desempeños que se numeran enseguida; si te fijas, estos se hallan relacionados con las preguntas que se te plantean, pues con cada una de estas puedes saber si estás adquiriendo cada uno de esos desempeños.

a. Comprende las características distintivas de los seres vivos. b. Explica la conformación química de los seres vivos a través del conocimiento de la estructura y la función de los bioelementos y de las biomoléculas.

c. Valora el papel de los bioelementos y las biomoléculas como componentes importantes en la nutrición humana.

Los conocimientos y habilidades que desarrolles en este bloque deberán darte los elementos para resolver, en el transcurso, el siguiente problema. El reto consiste en que leas con atención el caso que se plantea y respondas las preguntas que le siguen en tu cuaderno.

Vámonos de campamento La semana pasada se organizó un viaje de estudios para los alumnos del curso de biología. El plan era acampar en un bosque, y eso tenía a todos muy emocionados. Los alumnos se organizaron por equipos para llevar la comida, las tiendas de campaña, las bolsas de dormir, en fin, todo lo necesario. Miguel fue el encargado

de la comida en su equipo y llevó frituras en bolsa, galletas y refrescos. En otro equipo Natalia llevó fruta, pan integral, una lata de frijoles, huevos cocidos y agua. Ya durante el recorrido Rodrigo encontró una masa gelatinosa, muy brillante, pegada al tronco caído de un árbol. Todos se preguntaban si sería un ser vivo o no. Observaron una variedad de insectos, plantas y hasta una serpiente que asustó a la mayoría. Fue una gran experiencia.

c1. Señala el tipo de nutrientes que tenían los alimentos que llevó Miguel. c2. Señala los nutrientes que tenían los alimentos que llevó Natalia. b3. U no de los dos estudiantes llevaba alimentos ricos en sodio. ¿Cuál? Señala qué riesgos se corren al consumir un exceso de este mineral.

a4. Nombra al menos tres características que podrías observar para saber si la masa gelatinosa que encontró Rodrigo es un ser vivo.

a5. U no de los compañeros encontró una araña que había puesto sus huevecillos envueltos en una telaraña. Nombra cinco características que te permitan afirmar que la araña es un ser vivo.

b6. E l profesor les propuso que al regresar del viaje indagaran las respuestas de las siguientes preguntas: • ¿Qué carbohidrato le da forma a los hongos? • ¿Qué tipo de lípidos protege a las hojas para que resbale el agua en ellas? • ¿Qué tipo de biomoléculas forman la seda de las arañas? • ¿Qué carbohidratos son característicos exclusivamente de las plantas? • ¿Qué biomoléculas se relacionan con la reproducción de los seres vivos?

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1. C ontrasta tus respuestas a las preguntas del problema con las de tus compañeros del grupo, y entre todos señalen cuáles son las correctas; confírmenlas después con su profesor.


3

2

Comprende las características distintivas de los seres vivos.

Explicas claramente las características distintivas de los seres vivos.

Identificas, con algunas dificultades, las características distintivas de los seres vivos.

No identificas cuáles son las características distintivas de los seres vivos.

Explica la conformación química de los seres vivos a través del conocimiento de la estructura y función de los bioelementos y de las biomoléculas.

Explicas correctamente la conformación química de los seres vivos, la estructura y función de los bioelementos y de las biomoléculas.

Reconoces, con algunas dificultades, la conformación química de los seres vivos, la estructura y función de los bioelementos y de las biomoléculas.

No reconoces la conformación química de los seres vivos , la estructura y función de los bioelementos y de las biomoléculas.

Valora el papel de los bioelementos y las biomoléculas como componentes importantes en la nutrición humana.

Valoras plenamente el papel de los bioelementos y las biomoléculas como componentes importantes de la nutrición humana.

Reconoces, con algunas dificultades, el papel de los bioelementos y las biomoléculas como componentes importantes en la nutrición humana.

No reconoces el papel de los bioelementos y las biomoléculas como componentes importantes en la nutrición humana.

Valor

9

1

6

3 Total:

3. Consulta la siguiente escala para saber tu nota final. Escala Excelente: 8-9 Bien: 6-7 Regular: 4-5 Insuficiente: 1-3 Recuerda que la autoevaluación es para ti, para que te des cuenta de tus logros y de lo que necesitas trabajar para aprender más, así que procura ser siempre honesto en este tipo de valoraciones y determinar cómo puedes mejorar en tus estrategias de aprendizaje.

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Para comenzar...

Tema 1

Tema 2

Características de los seres vivos

Bioelementos primarios y secundarios

Continúa...

Asume el reto Organizados en equipos de cinco hagan una colecta en los alrededores de su salón de clase y traigan algunos objetos que encuentren: una bolsa de papas, una botella de plástico, una planta pequeña, un insecto, una lata, una araña, pasto con todo y raíz… Ahora clasifiquen los objetos que han traído en vivos y no vivos. Expliquen la diferencia entre ellos y elaboren una lista en la que señalen las características de la materia viva.

Como te habrás dado cuenta, la vida no es fácil de definir en términos de propiedades que se observen a simple vista. De hecho, más que una definición de vida, los biólogos prefieren señalar cuáles son las características que se observan en todo ser vivo. Si tú y tus compañeros fueron más allá de lo físicamente observable al examinar las cosas que llevaron a la clase, se basaron en algunos de sus conocimientos previos y las analizaron con detenimiento, seguramente encontraron algunas de las siguientes características.

Estructura y organización

Los seres vivos están formados por materia altamente organizada, tal como hemos visto al hablar de los niveles de organización de la materia: los átomos forman moléculas y estas a su vez forman parte de estructuras muy complejas llamadas células. st-editorial.com

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BLOQUE 2

Los componentes básicos que conforman la estructura de todo ser vivo, sea pequeño como una bacteria o enorme como una ballena, son las células, y estas son una característica que da unidad a todos los organismos, ya que no hay uno solo que no esté formado por ellas (figura 1). Algunos individuos son unicelulares, es decir, están formados por una sola célula, y otros son pluricelulares, formados por dos o más células. Estas pueden ser eucariontes o procariontes. Por ejemplo, tu cuerpo contiene más de cien trillones de células distintas.

Metabolismo

Figura 1. La célula es la unidad fundamental de la vida.

Los organismos vivos realizan diversos procesos químicos en los que captan energía del medio ambiente y la transforman, lo que les permite desarrollar todas sus actividades. Ejemplos de estos procesos son la nutrición y la respiración, actividades que todos los seres vivos llevan a cabo. Las plantas captan la energía solar y se nutren a través de la fotosíntesis, mientras que los animales se alimentan de plantas o de otros animales. En cuanto a los procesos de respiración, la inmensa mayoría de los organismos respiran oxígeno y se llaman aerobios; unos cuantos son anaerobios y sobreviven, por ejemplo, dentro de latas contaminadas, que al ser consumidas pueden causarnos severos envenenamientos. Los procesos químicos que realizan los seres vivos se conocen en su conjunto como metabolismo, que a su vez se divide en anabolismo y catabolismo, según se construya o degrade la materia. La fotosíntesis es un proceso del anabolismo, mientras que la respiración es un ejemplo de catabolismo. Los procesos del metabolismo son indispensables para la vida. Pensemos en que una señal de vida muy evidente es la respiración; cuando observamos a un organismo en el que esta se ha detenido, sabemos que ya no tiene vida.

Homeostasis Figura 2. El sudor es una manera de mantener la homeostasis del cuerpo.

Glosario

54

La homeostasis es la regulación del organismo vivo, que mantiene las condiciones internas aun cuando las variables externas puedan cambiar. Un ejemplo lo observamos en el ser humano, que tiene una temperatura corporal normal de 37°C, independientemente de que la temperatura exterior sea mayor o menor a este valor. En un día frío nuestro organismo acelera su metabolismo, de manera que se genera más calor, incluso se pueden producir temblores o movimientos involuntarios para calentar el cuerpo. En cambio, cuando hace calor producimos sudor, que es nuestro sistema de refrigeración para bajar nuestra temperatura corporal (figura 2). La vasodilatación, que causa el rubor en el rostro, es otro mecanismo para eliminar el exceso de calor, y generalmente se manifiesta cuando terminamos de hacer ejercicio. Todas estas respuestas se deben a los mecanismos de homeostasis. Asimismo, si tú bebes cinco litros de agua, el volumen de tu cuerpo no se modifica, sino que eliminas el exceso para mantener en tu medio interno el volumen adecuado. Como vemos, el sistema de excreción también forma parte de los mecanismos de homeostasis.

Eucarionte. Célula evolucionada que contiene organelos, núcleo definido y que forma parte de organismos unicelulares o pluricelulares. Procarionte. Célula primitiva, que carece de organelos y de núcleo definido. Se encuentra exclusivamente en organismos unicelulares. Anabolismo. Proceso metabólico que consiste en la construcción de materia. Catabolismo. Proceso del metabolismo en el que las moléculas complejas se transforman en moléculas sencillas, es decir, se produce degradación de la materia. st-editorial.com

IDENTIFICAS LAS CARACTERÍSTICAS Y LOS COMPONENTES DE LOS SERES VIVOS

Reproducción

Los seres vivos se reproducen por sí mismos y heredan sus características a sus descendientes, de manera que se logra la perpetuación de la especie. Algunos tienen reproducción asexual, es decir que de un solo organismo se produce su descendencia, y otros tienen reproducción sexual, la cual es altamente favorable para que se combinen las características de los dos progenitores. En la naturaleza podemos encontrar organismos altamente prolíficos –que producen mucha descendencia– como las bacterias, que en condiciones adecuadas pueden duplicarse cada 20 minutos y producen millones de bacterias en un día; o bien otros animales, como los elefantes, que tienen una sola cría después de dos años de gestación.

Figura 3. Los anillos de crecimiento de un árbol nos permiten determinar su edad.

Crecimiento y desarrollo

Los seres vivos crecen y se desarrollan a partir de una sola célula, que puede ser un huevo fecundado o una espora, hasta lograr la formación de un organismo adulto. En algunos casos ocurre una metamorfosis o suceden cambios importantes durante este proceso de desarrollo hasta llegar al estado adulto, como los que observamos en diversos insectos y anfibios. Hay organismos que nunca dejan de crecer, por ejemplo los árboles, que pueden llegar a vivir cientos de años y siguen creciendo y engrosando su tronco con nuevos anillos de crecimiento (figura 3).

Irritabilidad

Este término no se refiere en lo absoluto a un estado de ánimo. Significa, en cambio, que los organismos vivos responden a estímulos; una roca no podría responder cuando la tocamos o cuando le da el Sol, pero todos los seres vivos, incluso los que aparentemente no se mueven, responden a los estímulos ambientales. Por ejemplo, una planta responde a la luz y la sigue, una abeja es atraída por el color de una flor, o bien un ciervo corre velozmente al escuchar cualquier sonido extraño (figura 4). Incluso un protozoario –organismo unicelular– responde ante los estímulos del medio, moviéndose en el agua al detectar una partícula de alimento. Si bien no todos los seres vivos pueden desplazarse de un lugar a otro, sus respuestas pueden ser observadas si ponemos suficiente atención.

Figura 4. Un ciervo corre al escuchar el más mínimo ruido. Esta es una respuesta relacionada con la irritabilidad.

Adaptación

Todos los seres vivos se encuentran adaptados a su medio ambiente (figura 5). Esto es el resultado de millones de años de evolución. La enorme diversidad biológica que existe en nuestro planeta se ha ido conformando a través de una serie sucesiva de cambios que han dado lugar a los seres que actualmente vemos y a muchos más que vivieron en el pasado y ya se han extinguido. Por ejemplo, una serpiente está adaptada a su medio ambiente para pasar desapercibida por sus presas, o un cactus tiene una cubierta gruesa que evita que pierda el agua y espinas para evitar que los animales del desierto se lo coman. En el caso del ser humano, el desarrollo de nuestras manos, con el pulgar oponible y la gran cantidad de movimientos finos que pueden hacer, nos ha facilitado la elaboración de herramientas que nos permiten obtener alimentos y cubrirnos del frío. st-editorial.com

Figura 5. Las formas diversas de animales marinos, aves, insectos, flores, hongos, nos muestran una enorme gama de adaptaciones al mundo natural.

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BLOQUE 2

E l mundo que te rodea Cabe mencionar que, en ocasiones, no es fácil establecer de manera categórica un límite entre lo vivo y lo inerte. Un ejemplo muy claro de esto es el caso de los virus, los cuales son partículas infectivas que causan enfermedades y se multiplican al invadir un organismo, pero no están considerados como seres vivos porque no cumplen con las características que hemos mencionado: no tienen un metabolismo, no respiran, no se alimentan y no se reproducen por sí mismos, ni crecen. Se podría decir que los virus, al igual que otras partículas que se han ido descubriendo, como los priones y los viroides, se encuentran en la frontera entre lo vivo y lo no vivo.


actividad grupal


1. Organizados en equipos de cinco integrantes, diseñen un experimento para de-

mostrar alguna característica de los seres vivos. Cada equipo tendrá asignada una característica que le corresponderá demostrar: homeostasis, irritabilidad, crecimiento, metabolismo, etc. 2. Una vez diseñado el experimento, llévenlo a la práctica y muéstrenlo a sus compañeros de clase. 3. Elaboren un reporte escrito de la actividad realizada.

La biología en mi entorno


1. Pega en una hoja tu fotografía o la de alguno de tus artistas favoritos. 2. Señala en la fotografía las diferentes características que te mantienen como un ser vivo y escribe una breve explicación de cada una.

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Tema 1

Tema 2

Características de los seres vivos

Bioelementos primarios y secundarios

Tema 3

Continúa...

Propiedades del agua y su relación con los procesos de los seres vivos. Estructura y función de biomoléculas orgánicas

Asume el reto ¿De qué estamos hechos? ¿Cuál es la materia que forma a un ser vivo? Investiga en Internet o en las fuentes que tengas a tu alcance, cuál es la composición química del ser humano, es decir, los elementos que lo forman y en qué proporción se encuentran. Asegúrate de buscar fuentes de información confiables. Dibuja una silueta humana y anota dentro de ella los símbolos de los elementos que encontraste, así como los porcentajes correspondientes.

Los elementos que existen en los seres vivos no son diferentes de los que hay en el universo ni de los que se presentan en nuestro planeta. Cuando observamos las estrellas, tal vez no imaginamos que la materia de la que estamos formados provenga de ellas. Si rastreamos el origen de los átomos que forman a todos los seres vivos podremos comprobar que provienen de la Tierra y de la atmósfera; los componentes físicos de nuestro planeta alguna vez fueron una nebulosa en el espacio, por eso se dice que en realidad somos “polvo de estrellas”. Si bien los elementos que nos componen son los mismos que hay en el universo, sus proporciones no corresponden directamente a las que se presentan en los seres vivos. Esto se debe a que no todos los elementos tienen características químicas que favorezcan su participación en los procesos que se requieren para la vida. st-editorial.com

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BLOQUE 2

E l mundo que te rodea

Observa el cuadro 1, donde se muestra el porcentaje de los elementos presentes en el universo y en los seres vivos. Identifica qué elementos abundantes en el universo no forman parte importante de los seres vivos. CUADRO 1. PORCENTAJE EN MASA DE LOS ELEMENTOS EN EL UNIVERSO Y EN LOS SERES VIVOS Universo

El sodio es un elemento que consumido en exceso puede generar problemas de hipertensión arterial, es decir, de presión alta. Por tal motivo, la Organización Mundial de la Salud (oms) recomienda no consumir más de 1 500 mg diarios de este mineral. Cabe destacar que el mayor consumo de sodio no procede de la sal que agregamos a los alimentos que cocinamos, sino de los alimentos procesados, tales como galletas, carnes frías, panes, sopas, salsas, etc. Estos productos contienen aditivos químicos que incluyen el sodio, así que se debe procurar consumir lo mínimo permitido y asumir una práctica de vida saludable.

Porcentaje

Seres vivos

Porcentaje

Hidrógeno

60.40%

Hidrógeno

9.5%

Helio

35.56%

Oxígeno

65.0%

Oxígeno

0.96%

Carbono

18.5%

Neón

0.67%

Nitrógeno

3.5%

Carbono

0.27%

Azufre

0.3%

Otros

1.14%

Fósforo

1.0%

Como pudiste observar, el helio y el neón no se encuentran de manera significativa en los seres vivos. Esto se debe a que son gases nobles y difícilmente se combinan con otros elementos. En el transcurso de la formación de materia viva, los elementos que de manera natural constituyeron parte de ella fueron los que tenían, entre otras características, la capacidad de combinarse con otros además de poseer un número atómico bajo. De los 92 elementos naturales que se conocen, 25 aproximadamente son los que forman parte de los seres vivos y cumplen en ellos una función; estos se conocen como elementos biogenésicos y se clasifican en bioelementos primarios y secundarios: Bioelementos primarios. Son indispensables para la formación de las biomoléculas fundamentales, tales como carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Estos elementos constituyen aproximadamente 97% de la materia viva y son: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Sus símbolos químicos nos permiten recordarlos fácilmente: C, H, O, N, P, S. Bioelementos secundarios. Son todos los elementos biogenésicos restantes. Se pueden distinguir entre ellos los que tienen una abundancia mayor a 0.1%; como el calcio, el sodio, el potasio, el magnesio, el cloro y los llamados oligoelementos, los cuales se encuentran en concentraciones por debajo de 0.1% en los organismos. Esto no significa que sean poco importantes, ya que una pequeña cantidad de ellos es suficiente para que el organismo viva, sin embargo, la ausencia de algunos de ellos puede determinar la muerte. Algunos oligoelementos en el ser humano son: flúor, cobalto, cobre, yodo, hierro, manganeso, silicio, selenio y zinc. La importancia de estos elementos para la vida se puede ejemplificar si observamos que una persona con bajo nivel de hierro en la sangre padece de anemia, enfermedad que puede causar la muerte si no se proporcionan cantidades suficientes de hierro al paciente, ya sea por medio de complementos alimenticios o alimentos ricos en este mineral.

Glosario

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Bioelemento. Elemento químico que se encuentra presente en la materia viva. Oligoelemento. Elemento que se requiere en cantidades mínimas en los seres vivos pero que es indispensable para mantener su vida. st-editorial.com


En el cuadro 2 se muestra la función de algunos de los minerales y oligoelementos esenciales en los seres vivos. CUADRO 2. FUNCIÓN DE ALGUNOS MINERALES Y OLIGOELEMENTOS EN LOS SERES VIVOS Elemento

Símbolo

Función Constituyente de huesos, dientes, caparazones. Regula la función nerviosa y muscular. Transmisión del impulso nervioso. Regula el volumen plasmático y la presión arterial.

Calcio

Ca

Sodio

Na

Cloro

Cl

Forma parte del jugo gástrico y participa en el equilibrio de líquidos de la célula.

Potasio

K

Transmisión de impulsos nerviosos y de movimiento muscular.

Magnesio Flúor

Mg F

Componente de la clorofila. Incrementa la dureza de huesos y dientes.

Cobalto

Co

Componente de la vitamina B12.

Cobre

Cu

Componente de la sangre de invertebrados acuáticos y de enzimas respiratorias.

Yodo

I

Hierro

Fe

Manganeso

Mn

Forma parte de las hormonas de la tiroides. Componente de la hemoglobina, proteína transportadora de oxígeno en la sangre. Actúa asociado a diversas enzimas. En plantas, su deficiencia causa amarillamiento.

Silicio

Si

Forma parte de caparazones de diatomeas y da rigidez al tallo del trigo.

Selenio

Se

Es un antioxidante, participa en reacciones enzimáticas.

Zinc

Zn

Se le asocia al control del azúcar en la sangre. Fuentes: Jimeno, A.; M. Ballesteros y L. Ucedo. Biología y Martin, D.; V. Rodwell y P. Mayes. Bioquímica de Harper.


Explica la conformación química de los seres vivos a través del conocimiento de la estructura y función de los bioelementos y de las biomoléculas. Valora el papel de los bioelementos y las biomoléculas como componentes importantes en la nutrición humana.

Los bioelementos secundarios, también conocidos como minerales, se encuentran en frutas y verduras, así como en algunos alimentos industrializados. Visita un supermercado y revisa las etiquetas de los alimentos hasta encontrar productos que tengan los siguientes minerales: calcio, fósforo, zinc, hierro. Todos ellos son necesarios para el buen funcionamiento del organismo. Anota por lo menos tres productos por cada mineral. Como vimos, el sodio, si bien es necesario, no debe consumirse en exceso, así que anota también los productos que contienen sodio para evitar en lo posible su consumo. Minerales

Productos

Calcio (Ca) Fósforo (P) Zinc (Zn) Hierro (Fe) Sodio (Na)

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59

BLOQUE 2 Explica la conformación química de los seres vivos a través del conocimiento de la estructura y función de los bioelementos y de las biomoléculas.

Evaluación formativa

1. En la siguiente sopa de letras, marca con rojo los bioelementos primarios y con azul los oligoelementos.

H

X

C

O

B

R

E

S

D

M

I

P

A

C

A

O

L

E

G

A

D

A

R

D

Z

M

F

L

I

N

R

O

B

E

T

U

L

E

S

G

O

Y

O

D

O

P

U

N

U

A

G

U

N

T

R

A

O

I

B

N

E

F

O

S

F

O

R

O

P

E

N

U

M

D

A

S

U

G

A

S

O

B

S

Z

I

N

C

E

R

O

2. Anota la diferencia entre bioelemento primario y oligoelemento.

60

st-editorial.com

Tema 2 Bioelementos primarios y secundarios

Tema 3 Propiedades del agua y su relación con los procesos de los seres vivos. Estructura y función de biomoléculas orgánicas

Tema 4

Tema 5

Hábitos saludables en la nutrición

adn

Continúa...

Asume el reto Investiga para que puedas resolver las siguientes preguntas. Luego, lleva tus respuestas a la clase y compártelas con tus compañeros.

1. ¿De qué está hecho el caparazón de un cangrejo? 2. ¿Cuál es el material que conforma el tronco de un árbol? 3. ¿De qué está hecha la piel humana? 4. ¿Qué material tienen las plumas de un pato que evita que se mojen cuando nada en el agua?

5. ¿ Qué porcentaje de tu cerebro está formado por agua?

Los seres vivos están formados por diversas biomoléculas, es decir, moléculas orgánicas que solamente se encuentran en la materia viva. Como has podido averiguar en tu investigación, entre ellas se cuentan los carbohidratos, los lípidos y las proteínas, pero antes de hablar acerca de estas grandes moléculas, analicemos la molécula inorgánica de mayor importancia para los seres vivos: el agua. El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y es indispensable para la vida. Las tres cuartas partes de nuestro planeta están cubiertas por este líquido vital; también representa 63% de nuestro peso, es decir, las dos terceras partes de cada uno de nosotros. st-editorial.com

61

BLOQUE 2

Oxígeno

Hidrógeno

Figura 6. Puentes de hidrógeno.

Figura 7. La tensión superficial del agua permite que los insectos patinadores puedan sostenerse sobre el agua.

Glosario 62

Las propiedades del agua son muy especiales, tanto, que gracias a ella la vida ha podido desarrollarse en nuestro planeta. Seguramente ya sabes que la molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, de manera que su fórmula molecular es H₂O. La molécula de agua no tiene carga neta, sin embargo, su carga interna se encuentra distribuida de manera desigual, de forma que el extremo donde está el oxígeno es un tanto negativo y el extremo donde están los hidrógenos es un tanto positivo; a esto se le llama polarización. La polaridad favorece la atracción entre una molécula de agua y otra, de manera que se forman entre las moléculas de agua enlaces de breve duración, llamados puentes de hidrógeno (figura 6). Imaginemos a las moléculas de agua como personas que se están tomando de las manos por breves segundos y que después cambian a tomar las manos de otras. En un momento dado todas están unidas, pero luego estas uniones se rompen y se forman otras nuevas. Esto permite que el agua tenga propiedades muy especiales, las cuales analizaremos a continuación: • La cohesión de las moléculas del agua es elevada, y esto hace que sea un líquido prácticamente incompresible. Por este motivo es un buen componente para dar turgencia a las plantas, es decir, mantenerlas en su forma. • La tensión superficial de las moléculas del agua es alta debido a que se encuentran unidas por los puentes de hidrógeno. Esto permite que se forme una película o capa sobre la superficie del agua que puede sostener a un insecto, como los llamados “patinadores” (figura 7). • Las moléculas de agua muestran un fenómeno de adhesión que da lugar a la capilaridad, por la cual el agua sube espontáneamente al estar en un tubo muy delgado (capilar). La adhesión junto con la cohesión favorece el ascenso del agua en el sistema vascular de los árboles. • Los puentes de hidrógeno gastan energía, lo cual hace que el agua tenga un alto calor específico, esto es, que para elevar su temperatura hace falta aplicarle una gran cantidad de calor. Esta característica permite que las células se mantengan estables y no hiervan por todo el calor que generan sus procesos químicos. Asimismo, es muy importante el hecho de que la temperatura del agua de los océanos, lagos y ríos no se eleva fácilmente, y los seres que viven en ellos pueden mantenerse estables, a pesar de las fluctuaciones de temperatura atmosférica entre el día y la noche. • Otra propiedad muy importante del agua es que cuando pasa al estado sólido, es decir, se congela a 0°C, su densidad es menor que cuando se encuentra en estado líquido, a 4°C. Esto se debe a que a esa temperatura las moléculas de agua se encuentran tan próximas y se mueven con tanta lentitud, que cada una puede mantener sus enlaces de hidrógeno con otras cuatro moléculas al mismo tiempo, y se forma así un enrejado abierto que es más estable y denso que un cristal de hielo. En consecuencia, el hielo flota sobre el agua fría, lo cual permite la supervivencia de animales que viven bajo la superficie de lagos y mares que se congelan durante el invierno. • Otra propiedad del agua que favorece a los seres vivos es su gran calor de vaporización, ya que se requieren más de 500 calorías para que un gramo de agua líquida se convierta en vapor. Así, una

Incompresible. Propiedad de un fluido, que no puede comprimirse o reducirse a menor volumen. st-editorial.com


molécula de agua que se evapora, se lleva una gran cantidad de calor, y por lo tanto enfría la superficie de donde proviene. En esto se basa que el sudor que producimos sea un excelente sistema de enfriamiento. • El agua sirve además como solvente de una gran cantidad de sustancias, como azúcares y otras moléculas polares, a las que se les llama hidrófilas (que “aman” el agua). Asimismo, el agua es el medio donde se realiza la mayor parte de las reacciones químicas de la célula, en muchas de las cuales participa activamente. • Existen otras sustancias llamadas hidrófobas (que tienen “miedo” al agua), es decir que no se mezclan o disuelven en ella. Tal es el caso de los aceites y otras moléculas llamadas no polares. Desarrolla competencias

actividad grupal


1. F ormen equipos de cinco integrantes y traigan a la clase el material necesario para

demostrar experimentalmente alguna de las propiedades del agua: cohesión, tensión superficial, capilaridad, calor específico, etc. 2. E laboren en su cuaderno un cuadro resumen (como la siguiente matriz) de todas las demostraciones presentadas por los diferentes equipos. Propiedad

Descripción del experimento

Cohesión Tensión superficial Capilaridad Calor específico Densidad del hielo Calor de vaporización Solvente universal Insoluble en aceites

Biomoléculas orgánicas Como ya lo hemos mencionado, las principales moléculas orgánicas de los seres vivos son los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Estas moléculas suelen estar formadas por subunidades que se ensamblan entre sí, como si fueran los ladrillos que conforman una enorme construcción. A los “ladrillos” les llamamos monómeros, y a la “construcción” completa, donde se han unido muchos ladrillos, le llamamos polímero. Estos polímeros, en el caso de las proteínas y el adn, tienen características muy especiales, ya que están formados por subunidades distintas, digamos, por “ladrillos de distintos colores”; a eso deben su gran diversidad. Analicemos un poco más de cerca los componentes que conforman a todos los seres vivos. Monómero. Molécula que funciona como unidad básica de moléculas grandes, llamadas polímeros. Polímero. Molécula formada por la unión de pequeñas moléculas o monómeros, que se enlazan en grandes cadenas. st-editorial.com

Glosario 63

BLOQUE 2

Carbohidratos Los carbohidratos son las moléculas biológicas más abundantes. Se les conoce también con el nombre de azúcares y están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno en proporción 1:2:1. Su nombre proviene de la idea que se tenía en el pasado de que se formaban por la unión de una molécula de agua con un átomo de carbono, ya que su fórmula general es Cn(H2O)n, siendo n el número de carbonos que tenga. Los carbohidratos o azúcares se pueden encontrar en distintas formas: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Monosacáridos Son la unidad más pequeña de los azúcares. En griego, la palabra monosacárido significa “una unidad de azúcar”. Si ayer comiste alguna fruta, un dulce o miel, entonces consumiste monosacáridos, los cuales te dan energía para realizar tus actividades. Los monosacáridos están formados por una cadena de tres a siete átomos de carbono. De acuerdo con el número de carbonos se les llama triosa (3 carbonos), tetrosa (4 carbonos), pentosa (5 carbonos) y así sucesivamente. Entonces, la glucosa, que está formada por 6 carbonos, es una hexosa, lo mismo que la fructosa o azúcar de las frutas. En este caso, la diferencia entre la glucosa y la fructosa, que poseen el mismo número de carbonos, es el grupo funcional que contienen: aldehído o cetona. Observa la diferencia en sus fórmulas desarrolladas en el esquema a continuación. Glucosa

Fructosa

H

H

C =O H

C

OH

HO

C

H

H

C

H H

64

C

OH

C =O HO

C

H

OH

H

C

OH

C

OH

H

C

OH

C

OH

H

C

OH

H (C6H12O6)

Glosario

H

H (C6H12O6)

Debido al grupo funcional que contienen, se dice que la glucosa es una aldosa, y la fructosa, una cetosa. Esta es otra manera de clasificar a los monosacáridos. La glucosa no se encuentra en la naturaleza en forma lineal, sino que tiende a formar un anillo, por lo que la forma más correcta de representarla es como en el diagrama de la fórmula de la glucosa. Fórmula de la glucosa como anillo CH2OH 6 5

H

O H

H 4

HO

1

OH 3

H

H 2

HO

HO

Algunos ejemplos de monosacáridos son:

Ribosa. Es una pentosa que forma parte del

arn

o ácido ribonucleico, que participa en procesos de elaboración de proteínas. Desoxirribosa. Es también una pentosa y forma parte del adn, la molécula de la herencia. Fructosa. Es el azúcar de las frutas, como naranja, piña o mango. Se encuentra en la miel y se utiliza como edulcorante de muchos refrescos. Glucosa. Es el monosacárido más abundante en los seres vivos. Se produce por la fotosíntesis de las plantas. Circula en nuestra sangre y la encontramos en muchos productos dulces. Galactosa. Es una hexosa que forma parte del azúcar de la leche. Oligosacáridos ¿Has consumido oligosacáridos?, ¿a qué saben? Desde luego que también son dulces y proporcionan energía. En nuestra mesa todos los días tenemos la sacarosa, que es el azúcar en grano que le ponemos al café o al agua de limón. La sacarosa se obtiene a partir de la caña de azúcar o del betabel. Estos carbohidratos están formados por la unión de dos a diez unidades de azúcar. Los disacáridos son un tipo de oligosacáridos que están formados por dos monosacáridos unidos por medio de un enlace glucosídico. Al unirse dos moléculas de azúcar, se pierde una molécula de agua. En la sacarosa, se unen una molécula de glucosa y una de fructosa. Veamos el siguiente esquema.

Aldosa. Monosacárido que contiene un grupo aldehído en su molécula. Cetosa. Monosacárido que contiene un grupo cetona en su molécula. Enlace glucosídico. Enlace por el cual se unen monosacáridos, como la glucosa, para formar polisacáridos. st-editorial.com


Enlace de glucosa con fructosa para dar sacarosa 6

CH2OH H 4

HO

HOCH2

H

H

+

1

OH

H

2

HO 3

2

H

O

3

O

5

H HO

HO

5

CH2OH 6

3

4

OH

HO

Glucosa

H

H

Fructosa

H2O

CH2OH H H

HO

O H

O

O

CH

O

O

O

O 3

O

O

O

O

O O

O

O

O O

O

O

O

O

CH 2

O

O

O

O O

O

O

O

O

O

CH2

O

O O

O

O

O

O

Almidón

CH 2

O

CH2

O

st-editorial.com

O

O

O

Polisacáridos Como su nombre lo indica, son largas cadenas formadas por varias unidades de azúcar, incluso cientos de ellas. Se trata de polímeros formados por la unión de muchos monosacáridos (figura 8). Algunos de ellos funcionan como reservas energéticas, tanto en plantas como en animales, mientras que otros cumplen funciones estructurales, es decir, dan forma y firmeza a ciertos organismos. Veamos algunos ejemplos: Almidón. Es el polisacárido de reserva de las plantas. Está formado por la unión de cientos de unidades de glucosa que forman espirales compactas, de manera que se puedan almacenar adecuadamente. El enlace que se forma entre estas unidades de glucosa se conoce como alfa-glucosídico.

O

O

O

Otro disacárido familiar es la lactosa, que es el azúcar de la leche. Está formada por la unión de una molécula de glucosa y una de galactosa. Por cierto, ¿sabías que la leche materna es más dulce que la de vaca? Es por eso que cuando se da leche de vaca a un bebé se le agrega un poco de miel. Desde luego que esto no compensa todos los beneficios que da la leche materna en comparación con cualquier sustituto. La maltosa es el disacárido que se produce cuando se rompen polisacáridos formados por muchas unidades de glucosa. Está formado por la unión de dos moléculas de glucosa y aparece en nuestro tubo digestivo cuando iniciamos la digestión de los alimentos que contienen polisacáridos. Como es sabido, han surgido sustitutos del azúcar que no proporcionan energía al organismo y que son utilizados como productos dietéticos; sin embargo, quienes los consumen tienden a ingerir también otros alimentos y bebidas ricos en calorías, de manera que no resuelven sus problemas de obesidad.

O

OH

O

Sacarosa

O

HO

CH2OH

O

H

5

O

H

O

OH HO

O

HOCH2

H

O

O H

O

H

Glucógeno

Almidón Glucógeno

Figura 8. Estructura de los polisacáridos.

65

BLOQUE 2

Figura 9. La celulosa forma parte de todas las plantas.

Figura 10. La quitina procedente del caparazón de las langostas presenta importantes propiedades cicatrizantes; así, es un compuesto natural que se utiliza en la industria farmacéutica y de cosméticos, entre otras.

66

Cuando las células de las hojas producen activamente azúcares mediante la fotosíntesis, almacenan una parte de ellos como almidón y otra la envían a las raíces y a las semillas. En el caso de las semillas, esta reserva les proporciona la energía que necesitan cuando germinan y empiezan a crecer. Cuando consumimos productos como papas, trigo o maíz, aprovechamos esa reserva energética de las plantas y la convertimos en glucosa por medio de nuestros procesos digestivos. Glucógeno. Se le conoce también como “almidón animal”. Está formado por la unión de moléculas de glucosa formando una estructura muy ramificada, es decir, con muchas cadenas laterales que se desprenden de la cadena principal. Esta ramificación permite que se pueda romper la cadena en varios puntos cuando es necesario liberar la energía que contiene. Los enlaces que se forman son alfa-glucosídicos. ¿Cómo funciona el glucógeno? Imaginemos que hoy desayunaste un jugo de fruta, pan y mermelada. En todos estos alimentos hay grandes cantidades de azúcar que tu sistema digestivo convierte en glucosa. Esta comienza a circular por tu sangre, pero, como en ese momento no necesitas tanta energía, guardas un poco para más tarde, así que envías al hígado el exceso de azúcar y allí se almacena en forma de glucógeno. Luego, cuando han pasado las horas y no has tenido oportunidad de volver a comer, la glucosa que circula en tu sangre comienza a decaer y es el momento de hacer un llamado al hígado para que libere glucógeno y provea de la energía que te hace falta. De esta manera, la cantidad de glucosa que circula en tu sangre se mantiene siempre constante y tú siempre tienes energía para realizar tus actividades. Este es un ejemplo de cómo el organismo mantiene el equilibrio (homeostasis), para lo cual necesita de la participación de algunas hormonas, una de ellas es la insulina. Celulosa. La celulosa contiene moléculas de glucosa enlazadas de manera distinta a como se une con el almidón y el glucógeno. En este caso, los enlaces son beta-glucosídicos. La orientación de los enlaces entre las moléculas de glucosa en la celulosa hace que esta sea fibrosa y por ello cumpla una función estructural. Los polímeros de glucosa, en este caso, se unen y forman microfibrillas y estas, a su vez, forman fibrillas que dan forma a los tallos y hojas de las plantas. La celulosa se encuentra en las paredes de las células vegetales (figura 9). La utilizamos en las prendas de algodón que usamos y en los muebles de madera, incluso forma parte de las hojas de este libro. Debido al tipo de enlace entre las unidades de glucosa en la celulosa, esta no es digerible para los seres humanos, así que si comemos la cáscara de frutas, las hojas de plantas y en general la fibra vegetal, no la podemos digerir, sin embargo, se aconseja incluir fibra en nuestra alimentación porque nos ayuda a eliminar mejor los desechos, como un vehículo que permite mantener la regularidad en las evacuaciones intestinales. En el caso de algunos animales, como las vacas, contienen asociados en su aparato digestivo microorganismos que les ayudan a digerir el pasto que consumen. Quitina. Este polisacárido se encuentra en el exoesqueleto de cangrejos, langostas e insectos, y también forma parte de la pared celular de los hongos (figura 10). Si alguna vez has pisado un insecto, seguramente sentiste cómo truena su cubierta externa. Este también es un polisacárido estructural y en este caso cada unidad de glucosa contiene además un grupo amino (-NH2). Los enlaces entre las moléculas de quitina son como los de la celulosa, de modo que el ser humano tampoco puede digerirla. Recientemente se ha descubierto que la quitina se puede utilizar para elaborar un tipo especial de hilo que se usa como material de sutura. st-editorial.com





1. Clasifica los siguientes carbohidratos según su estructura: glucosa, almidón, sacarosa, fructosa, ribosa, celulosa, lactosa, quitina, maltosa. Ubícalos en el siguiente esquema.

Carbohidratos

monosacáridos

disacáridos

polisacáridos

2. Anota qué carbohidratos hay en los siguientes alimentos: a. Leche con chocolate: b. Jugo de naranja: c. Pastel de vainilla: d. Lechuga: e. Bistec de hígado: 3. Anota en una lista todo lo que hayas desayunado ayer e identifica qué carbohidratos había en cada alimento.



Algunas personas tienen problemas para digerir la leche debido a que tienen intolerancia a la lactosa. Realiza las siguientes actividades.

1. Investiga a qué se debe dicha intolerancia y a qué edad se puede presentar. 2. H az una encuesta entre personas de distintas edades y averigua con qué frecuencia se presenta la intolerancia a la lactosa.

3. Busca información acerca de cómo se elabora la leche deslactosada. 4. Lleva un informe de tu investigación a la clase.

Práctica de laboratorio Puedes repasar el contenido estudiado en este tema en la práctica de laboratorio “Identificación de azúcares en los alimentos", que se encuentra en la Sección final (p. 211). Elabora un reporte del experimento realizado. st-editorial.com

67

BLOQUE 2

Lípidos Los lípidos son también conocidos como grasas y forman un grupo amplio de sustancias diversas, cuya característica principal es ser insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos no polares como el éter, el cloroformo o el benceno. Están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno. Los lípidos funcionan como reservas energéticas, de las que se obtiene más energía en comparación a los carbohidratos. Por ejemplo, un gramo de carbohidratos proporciona 3.79 kcal al organismo, mientras que de un gramo de grasa se obtienen 9.3 kcal. Es por ello que las aves, sobre todo las migratorias, como el colibrí de cola ancha, almacenan grasa en su cuerpo, lo que les permite obtener toda la energía que necesitan sin tener que cargar un peso excesivo que les impediría volar. Nosotros, los seres humanos, también tenemos nuestras reservas, en las “llantitas”, que es donde se acumulan los excesos de nutrientes que consumimos. Los lípidos también aíslan del frío al formar una capa aislante que se ubica debajo de la piel de muchos animales. Así, las ballenas y los mamíferos marinos tienen una capa importante de grasa debajo de la piel (figura 11). Se clasifican en tres grupos principales: lípidos simples y complejos, y esteroides.

Figura 11. Las ballenas almacenan grasa debajo de su piel; esto las aísla del frío.

Lípidos simples Solo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. En este grupo se clasifican los aceites, las grasas y las ceras. La función principal de aceites y grasas, como ya se ha mencionado, es la de ser reservas energéticas. Muchas de las grasas naturales se forman mediante la unión de una molécula de glicerol con tres de ácido graso, de allí que también se les llame triglicéridos. Cada ácido graso que forma parte de un triglicérido consiste en una larga cadena de hidrocarburo con un grupo ácido o carboxilo (-COOH) en un extremo. Muchos de los ácidos grasos contienen de 16 a 18 átomos de carbono por molécula (ver esquema de esta página). Los ácidos grasos pueden ser saturados, si todos los enlaces entre los átomos de carbono de su larga cadena son sencillos, o insaturados, si existe algún doble enlace entre ellos (ver primeros esquemas de la página siguiente). Seguramente has oído hablar de los ácidos grasos omega-3, que se señalan como beneficiosos para la salud. Estos son ácidos grasos poli-insaturados, es decir, con muchos dobles enlaces, y son esenciales, es decir, que el organismo humano no los produce, pero los necesita para funcionar adecuadamente. Existen tres tipos de ácidos grasos omega-3: • Ácido alfa-linolénico (ala). • Ácido eicosapentaenoico (epa). • Ácido docosahexaenoico (dha). Formación de un triglicérido H H

H

C

C

O= OH

OH +

C

HO

O

=

C

HO

H

C H Glicerol

68

OH

O

=

HO

C

H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C =C

C

C H

H

H

H

+ 3 ácidos grasos

H

H

C

O

Síntesis por hidrólisis H

H

H

C

C H

O

O

O

H

H

H

H

C

C

C

C

C

H

H

O

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

O

H

H

H

H

H

C

C

C = C

C

C

H

H

H Triglicérido

H

H

H

H + 3H2O

H

+ 3 moléculas de agua st-editorial.com


Ácido graso saturado H2 C H3C

H2 C

H2 C C H2

C H2

H2 C C H2

H2 C

H2 C

C H2

C H2

Ácido graso insaturado H2 C H3C

H2 C C H2

H2 C C H2

H2 C C H2

Cuantos más enlaces dobles hay en los ácidos grasos de un triglicérido, mayor libertad de movimiento tiene la molécula; los enlaces dobles hacen que el ácido graso sea menos rígido y que se convierta más fácilmente de sólido a líquido. Los triglicéridos que contienen ácidos grasos saturados son sólidos a temperatura ambiente, tal es el caso de la grasa animal, la manteca, el sebo, el tocino. En cambio, los aceites son líquidos a temperatura ambiente debido a que están formados por ácidos grasos insaturados. Esta diferencia es muy útil para los seres vivos. Por ejemplo, los animales que viven en zonas polares generalmente contienen triglicéridos poli-insaturados, de manera que resistan a la congelación. Los peces de aguas frías como el salmón contienen altas cantidades de ácidos grasos poli-insaturados. En el caso de las ceras, estas forman cubiertas aislantes que protegen piel, pelaje, plumaje, hojas y frutos. Si observamos con cuidado lo que sucede cuando dejamos caer agua en la hoja de una planta, veremos que se queda sobre la superficie. Los lípidos evitan la entrada o salida de agua en exceso de los organismos. Seguramente has visto a un pato salir del agua y habrás notado que solo necesita sacudirse un poco para quedar completamente seco; esto se debe a las ceras que protegen sus plumas. Las abejas también producen cera a través de glándulas ubicadas en la parte inferior de su abdomen y la utilizan al armar sus panales donde guardan la miel. Lípidos complejos: fosfolípidos Además de carbono, hidrógeno y oxígeno, contienen otros elementos como fósforo y nitrógeno. Los fosfolípidos contienen un grupo fosfato asociado a un lípido. Esencialmente se forman de la misma manera que un triglicérido, solo st-editorial.com

H2 C C H

C H

C H2

H2 C

C H2

H2 C

H2 C

C2 H

C2 H

H2 C

O C H2

H2 C C2 H

C OH

O C

OH

que en este caso se coloca un grupo fosfato en lugar del tercer ácido graso. Este grupo se convierte entonces en la cabeza polar (es decir, con carga eléctrica) de la molécula, que va a ser hidrofílica (que “ama” al agua), y las dos cadenas de ácidos grasos se convierten en las colas hidrofóbicas (que “temen” al agua), como vemos en el siguiente esquema. Esquema de un fosfolípido Triglicérido

Fosfolípido

Ácido graso Glicerol

Ácido graso Ácido graso

Glicerol

Ácido graso

Cabeza

Ácido graso Fosfato

Cola

Esta propiedad hace que los fosfolípidos al contacto con el agua se sitúen formando dos capas en las que las cabezas miran hacia el agua y las colas se esconden en medio, como si formaran un sándwich con mantequilla adentro. Es así como se forma una membrana celular (figura 12). Los fosfolípidos son los componentes de las membranas celulares y por lo tanto forman parte de todos los seres vivos. Agua Cabezas hidrófilas Colas hidrófobas Cabezas hidrófilas Interior de la célula

Figura 12. Esquema de una bicapa de fosfolípidos en una membrana plasmática. 69

BLOQUE 2

R etrato

Esteroides Los esteroides son estructuralmente diferentes a todos los demás lípidos. Se componen de cuatro anillos de carbono fusionados, unidos a distintos grupos funcionales. Un ejemplo de esteroide es el colesterol (como puedes ver en el siguiente esquema), el cual es un componente vital de las membranas de las células animales y también participa en la síntesis de otros esteroides, como las hormonas sexuales femeninas y masculinas, o la aldosterona, hormona que controla los niveles de sal. Fórmula desarrollada del colesterol CH3

María Pilar Vaquero. Es científica y farmacéutica española. Jefa del Departamento de Metabolismo y Nutrición del Consejo Superior de Investigación Científica de Madrid, descubrió en el año 2009 (junto a Beatriz Sarría) la influencia del nivel de minerales en el agua en mujeres embarazadas, al favorecer y enriquecer al conjunto de la placenta y el líquido amniótico. Ella afirma que el consumo de agua mineral natural carbonizada además disminuye en 15% los niveles de colesterol en la sangre.

CH3

CH3

CH3

CH3


La biología en mi entorno Investiga lo que se te solicita.

1. ¿A qué se le llama colesterol “bueno” y a qué colesterol “malo”? 2. ¿Cuáles son los niveles más adecuados de colesterol y triglicéridos para el ser humano? 3. ¿Cuáles son los riesgos de tener los niveles de colesterol elevados? 4. Lleva por escrito tu investigación a la clase y comparte tu información con tus compañeros.


Para tener más información acerca de los ácidos omega-3 consulta la página: www.uam.mx/comunicacionuniversitaria/casaabiertaaltiempo/casa20.pdf

Proteínas Los lípidos y carbohidratos son reservas energéticas importantes de los seres vivos, pero los elementos fundamentales de un organismo son las proteínas. Observa con cuidado tu mano: las uñas, así como los diminutos vellos que hay en ella, están formados por queratina, una proteína estructural; la piel que la envuelve contiene colágeno; por debajo de la piel están los músculos, formados por actina y miosina, proteínas contráctiles, es decir, móviles; si llegamos a los vasos sanguíneos, la sangre contiene varias proteínas, entre ellas la hemoglobina, que transporta el oxígeno que respiras, y varias hormonas que regulan las funciones del organismo, por ejemplo la insulina, que controla el nivel de azúcar en la sangre. Si sufrieras una herida, rápidamente se presentarían los anticuerpos, proteínas de defensa; además, en todo momento dentro de cada célula están en acción cientos de enzimas para llevar a cabo las reacciones químicas que mantienen la vida. ¡Y solo hemos analizado tu mano! Desarrolla competencias



1. Traza la silueta de tu mano en tu cuaderno. 2. Dibuja y señala las proteínas que hay en ella. 70

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En el cuadro 3 hay algunos ejemplos de las funciones de las proteínas. Las proteínas son biomoléculas muy grandes, formadas por la unión de monómeros llamados aminoácidos. Un aminoácido contiene un carbono central al que se unen un grupo amino, un grupo carboxilo, un hidrógeno y algún sustituyente al que llamamos grupo R. En el siguiente esquema puedes observar la fórmula general de un aminoácido. Fórmula general de un aminoácido

CUADRO 3. FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS Tipo de función Estructural Movimiento Defensa

H

Almacenamiento O

H2N

C

Hormonas

C OH

Catalizadora

Radical

Hay veinte aminoácidos diferentes que forman parte de los seres vivos y la diferencia entre ellos está exclusivamente en el grupo R. Veamos tres ejemplos. Ejemplos de aminoácidos, con sus fórmulas generales O H2N

CH

C

Transportadora

Proteínas Colágeno en la piel; queratina en pelo, uñas y cuernos. Actina y miosina en los músculos. Anticuerpos. Albúmina en el huevo; zeatina en granos de maíz. Hormona del crecimiento; insulina, que regula el azúcar en la sangre. Enzimas, cientos diferentes en cada organismo. Hemoglobina y mioglobina que transportan oxígeno.


O OH

H2N

CH

CH3

C

OH

CH2 SH

Alanina

Metionina O H2N

CH

C

OH

H Glicina

Con esos veinte aminoácidos se forman todas las proteínas que hay en la naturaleza, veamos por qué. Piensa en el número de palabras que se pueden escribir con las letras del alfabeto. La diferencia entre una palabra y otra está dada simplemente por la diferencia en la secuencia, es decir, el orden en el que se acomodan las letras. Por ejemplo, no es lo mismo decir roma que amor o ramo, palabras que contienen las mismas letras, pero en distinto orden. Así sucede con las proteínas, cada una es diferente por la forma en que se encuentran acomodados los distintos aminoácidos que la forman. Cada organismo produce varios cientos de proteínas diferentes, características de su especie. Las proteínas humanas, por ejemplo, son diferentes a las de un gato o a las de un árbol. Todas están formadas de aminoácidos, pero acomodados en una distinta secuencia. En una proteína, los aminoácidos se encuentran unidos por medio de enlaces peptídicos, que se forman por la unión del grupo amino de un aminoácido con el grupo carboxilo del otro (figura 13). Enlace peptídico. Enlace por el cual se unen aminoácidos para formar proteínas. st-editorial.com

Recientemente se presentó un serio problema con los productores de leche en polvo en China, que adulteraron la leche con melamina, un producto que se utiliza como sellador en la fabricación de muebles. Con esta sustancia química se aumentaba artificialmente el contenido de proteína ya que la melamina posee grandes concentraciones de nitrógeno (indicador de proteínas en los productos alimenticios) y así se simulaba una mejor calidad de leche. Sin embargo, la melamina causa cálculos en los riñones y provoca fallas renales. Como resultado murieron al menos seis bebés y provocaron daños renales en unos 300 000. Los responsables de esta tragedia han sido juzgados. He aquí una muestra de la importancia de la ética en la aplicación de los conocimientos científicos, que deben ser utilizados para el bienestar de la sociedad y no para el enriquecimiento ilícito de algunas personas sin escrúpulos.

Glosario 71

BLOQUE 2

(a)

Enlace peptídico

H 2N

H

O

C

C

OH + H

CH3 Alanina (b) +H3N

N

+

Aminoácido

H

O

C

C

OH

H2N

H

O

H

H

O

C

C

N

C

C

H

CH3

Glicina

Dipéptido

OH + H2O

H

Enlace peptídico

COO

Figura 13. Fórmula de enlace peptídico (a) y enlace peptídico (b).


actividad grupal


1. Elaboren en parejas el modelo de una proteína usando por lo menos 25 gomitas de colores. Cada color representará un aminoácido diferente.

2. Denle formas diversas a su modelo y compárenlo con el de otros equipos. 3. Calculen cuántos modelos diferentes podrían hacer con el mismo número de gomitas, acomodadas de diferentes maneras.

La unión de dos aminoácidos da lugar a un dipéptido. Cuando se han unido menos de 50 aminoácidos, se dice que se ha formado un polipéptido. Una proteína puede tener desde 50 hasta miles de aminoácidos en su cadena y se compone de hasta cuatro niveles estructurales (figura 14). Estructura primaria Se refiere a la secuencia de aminoácidos que la forma, en este caso sería la imagen lineal del modelo que hicieron para representar una proteína. Cada proteína es distinta a otra por su secuencia de aminoácidos que, como veremos más adelante, está determinada por el adn. Estructura secundaria Los distintos grupos R de cada aminoácido de una proteína tienden a interactuar entre sí; los que tienen ligeras cargas positivas y negativas forman puentes de hidrógeno, de manera que se acercan o alejan entre sí, y dan forma a la cadena de aminoácidos. Se puede formar entonces una estructura enrollada parecida a un resorte, llamada alfa hélice. Este tipo de estructura se presenta en la proteína del cabello: la queratina. En otras proteínas, como la de la seda, se forma una estructura llamada lámina beta plegada, que semeja una lámina de asbesto ondulada. Estructura terciaria Además de la estructura secundaria, las proteínas adoptan una forma tridimensional a la que llamamos estructura terciaria, que se forma debido a que algunos aminoácidos de la proteína, situados en puntos distantes, pueden unirse fuertemente. Tal es el caso de los aminoácidos cisteína, los cuales forman un puente disulfuro (S-S) y modifican la forma de la proteína. También algunos aminoácidos –dependiendo de si sus cargas son o no polares, o de su tamaño– se ubican hacia dentro o hacia fuera de la proteína 72

st-editorial.com



s

s thr

ile

gys ser leu

ser

tyr gin

s

gys gys

phe

val

asn

gin his leu gys gly ser

asn tyr

leu

gys asn

his leu val glu ala

glu

s


gin

s

Estructura cuaternaria Este nivel de estructura solo se presenta en las proteínas que están formadas por dos o más cadenas polipeptídicas; por ejemplo, la hemoglobina, que contiene cuatro cadenas unidas entre sí por puentes de hidrógeno. La forma de las proteínas es el factor determinante para que funcionen adecuadamente. En ocasiones un solo aminoácido que falle en la secuencia de una proteína puede determinar que esa proteína deje de ser funcional. Tal es el caso de la enfermedad conocida como anemia falciforme, en la cual un solo aminoácido, que ha sido cambiado en la cadena de hemoglobina debido a una falla genética, hace que la persona, desde que nace, tenga problemas en el transporte del oxígeno en su sangre; sus glóbulos rojos o eritrocitos toman una forma distinta a la normal y se aglutinan bloqueando el paso en los vasos más pequeños. Esta enfermedad es grave y puede causar la muerte. Las proteínas también pueden perder su funcionalidad si se someten a calor excesivo o a un pH extremo. En este caso se rompen los enlaces débiles –como los puentes de hidrógeno– y se dice que la proteína se ha desnaturalizado. Una proteína desnaturalizada pierde su forma y si lo hace de manera irreversible se puede producir la muerte del tejido afectado. Un ejemplo de la desnaturalización de una proteína lo observamos en la clara de huevo, que es rica en albúmina. Al calentar un huevo, la albúmina se desnaturaliza y por eso cambia su forma y color. Esto no significa que sea menos nutritiva, pero sí que ya no es una proteína funcional para el pollo que se iba a formar dentro del cascarón. Por último, cabe mencionar que algunas proteínas están formadas solo por aminoácidos y se conocen como proteínas simples, pero existen otras que se asocian a moléculas no proteicas, o grupos prostéticos; estas se llaman proteínas conjugadas. Un ejemplo de ellas es la hemoglobina, en la que la cadena de aminoácidos se asocia al grupo hemo.

gly ile val glu

s

cuando esta se encuentra en el agua y así le dan su forma característica. De acuerdo con su forma tridimensional, las proteínas pueden clasificarse en globulares, de forma aproximadamente esférica, y fibrosas, de forma alargada.

val leu tyr

gys

gly

glu

arg gly phe phe

tyr thr

leu

arg thr

lys

Figura 14. La proteína de la insulina está formada por 51 aminoácidos en una determinada secuencia que constituye su estructura primaria. Algunos aminoácidos se acercan a otros por sus cargas, lo que conforma su estructura secundaria. Como puede observarse se forman tres puentes disulfuro (S-S), lo cual le da una conformación terciaria a esta proteína.


Elabora un cuadro–resumen ilustrado donde compares la estructura y la función de las biomoléculas de los seres vivos: carbohidratos, lípidos y proteínas. Anota tres ejemplos para cada tipo de biomolécula y un esquema que la represente.

Práctica de laboratorio Puedes repasar el contenido estudiado en este tema en la práctica de laboratorio “Identificación de proteínas y lípidos”, que se encuentra en la Sección final (p. 212). Elabora un reporte de tu actividad experimental. st-editorial.com

73

Tema 4

Tema 3 Propiedades del agua y su relación con los procesos de los seres vivos. Estructura y función de biomoléculas orgánicas

Hábitos saludables en la nutrición

Tema 5

Tema 6

adn

aRn

y síntesis de proteínas

Asume el reto 1. Lleva a tu clase tres alimentos procesados, con todo y empaque: galletas, cereal, barritas nutritivas, yogur, etc.

2. Analiza la información nutricional que proporciona la etiqueta, con respecto a su contenido en carbohidratos, lípidos, proteínas, minerales y vitaminas.

3. Elabora un cuadro donde señales el contenido nutricional de los productos que has analizado.

4. Compara diversos productos que hayan traído tus compañeros y entre todos señalen cuáles fueron los más completos en cuanto a valor nutricional.

Todos los seres vivos requieren de nutrientes que les permiten realizar sus funciones vitales. Un nutriente es una sustancia que proporciona al cuerpo la energía para llevar a cabo sus reacciones químicas, así como para crecer y reparar sus tejidos. Existen cinco clases de nutrientes: carbohidratos, lípidos, proteínas, minerales y vitaminas. Los carbohidratos y los lípidos tienen como función primordial proporcionar la energía necesaria que le permita al organismo realizar sus actividades. Por ejemplo, cuando nos sentimos cansados, un jugo de naranja con miel o un chocolate nos pueden devolver la energía. Las proteínas se utilizan en la alimentación principalmente como fuentes de materia prima para construir nuevas proteínas. Así, un niño que toma leche y come huevo –alimentos ricos en proteínas– obtiene los aminoácidos necesarios para que su organismo 74

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elabore sus propias proteínas y forme nuevos músculos, huesos y piel, de manera que crezca fuerte y sano. En cambio, un niño desnutrido que no ingiere suficientes proteínas, puede tener una estatura más baja de lo que sus genes habían determinado. Entre los veinte aminoácidos que forman parte de los seres vivos, hay ocho llamados esenciales, los cuales deben obtenerse de la alimentación, porque el organismo no puede producirlos. Los alimentos que los contienen son alimentos proteínicos completos, por ejemplo, la soya, la carne, el huevo. Algunos otros alimentos como el frijol, el arroz y el maíz no tienen los ocho aminoácidos esenciales, pero si se combinan –por ejemplo en un taco de arroz con frijoles– se obtiene un alimento completo. Estos son los aminoácidos esenciales: • Triptofano. • Lisina. • Metionina. • Isoleucina. • Valina. • Fenilalanina. • Treonina. • Leucina. Los minerales cumplen funciones muy importantes en el organismo, aun cuando algunos no se requieren en grandes cantidades. Recuerda que hay oligoelementos que se encuentran en concentraciones menores a 1% en el organismo y que sin embargo son indispensables para mantenerse sano. Sus funciones son principalmente mantener el equilibrio o la homeostasis del organismo. Las vitaminas son otra clase de nutrientes que hay en los alimentos. Muchas son coenzimas y participan en las reacciones químicas esenciales para el buen funcionamiento del organismo. Las vitaminas se clasifican de acuerdo con su solubilidad, en hidrosolubles (solubles en agua) y liposolubles (solubles en grasas o lípidos). Las vitaminas solubles en agua se pueden perder cuando se cocinan en agua los alimentos, y las liposolubles solo se pueden obtener acompañadas de algún lípido. Veamos en el infográfico 1 de la página siguiente algunos ejemplos de vitaminas, sus funciones y sus fuentes. La dieta balanceada se logra cuando se adquieren los nutrientes necesarios, de acuerdo con la persona. La cantidad de calorías que requiere una persona por día varía entre 2 000 y 4 000 kilocalorías, dependiendo de su edad, sexo, metabolismo y actividad física. Un deportista de alto desempeño gasta muchas calorías cada día y puede requerir de una dieta rica en carbohidratos; o bien, una mujer embarazada puede necesitar un aporte extra de minerales, vitaminas y proteínas para su bebé. Es importante reflexionar que si obtenemos de los alimentos más calorías de las que gastamos, el exceso se va a acumular en nuestro cuerpo y vamos a aumentar de peso; y si comemos poco y gastamos mucho, podríamos disminuir nuestras reservas de grasa. Desarrolla competencias

actividad grupal


Realicen en equipos de cinco integrantes lo siguiente.

1. Preparen una muestra gastronómica de ensaladas. Pueden ser de frutas, de lechugas,

con atún, con pollo, con queso… en fin, utilicen su creatividad para elaborarlas de manera que sean nutritivas y muy completas. 2. Señalen en una tarjeta que acomoden junto a su platillo qué proteínas, carbohidratos, lípidos y vitaminas contiene cada ensalada. 3. Elaboren un cuadro resumen ilustrado de las tres mejores ensaladas que se hayan preparado en el grupo. Su resumen debe señalar los nutrientes que contiene cada una. 4. Compártanla y... ¡buen provecho! st-editorial.com

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BLOQUE 2 Infográfico 1

Las vitaminas Vitaminas liposolubles Función

Síntomas por deficiencia

Fuentes

Vitamina A Caroteno

Formación de pigmentos visuales, epitelios.

Ceguera nocturna; piel seca y escamosa.

Yema de huevo, vegetales verdes o amarillos, frutas, hígado.

Vitamina D3 Calciferol

Formación de huesos y dientes; absorción de Ca++.

Raquitismo (formación de huesos defectuosos).

Aceite de pescado, hígado, productos lácteos, luz solar sobre precursores cutáneos.

Vitamina E Tocoferol

Mantiene la resistencia de los glóbulos rojos; antioxidante.

Aumento en la fragilidad de los glóbulos rojos.

Hortalizas de hojas verdes, leche, huevos, carne.

Vitamina K Naftoquinona

Facilita la síntesis de factores de coagulación.

Falla en la coagulación de la sangre.

Síntesis por bacterias intestinales, hortalizas de hoja.

Función

Síntomas por deficiencia

Fuentes

Vitamina B1 Tiamina

Necesaria para un cerebro saludable, células nerviosas y función del corazón.

Beriberi, neuritis, insuficiencia cardiaca.

Granos enteros, hígado, nueces.

Vitamina B2 Riboflavina

Participa en el metabolismo de la glucosa.

Fotofobia, fisuras en la piel.

Leche, huevos, hígado, granos enteros, verduras verdes.

Vitamina B6 Piridoxina

Coenzima en el metabolismo de ácidos grasos.

Dermatitis, enfermedad nerviosa.

Granos enteros, plátano, pescado, levadura.

Vitamina B12 Cianocobalamina

Maduración de glóbulos rojos.

Anemia.

Hígado, carne, huevo, leche, queso.

Vitamina C Ácido ascórbico

Se requiere para encías saludables, ayuda a la absorción de hierro, a sanar heridas, antioxidante.

Escorbuto, se inflaman encías y se caen los dientes.

Frutas cítricas, jitomate, hortalizas de hojas verdes.

Ácido fólico

Síntesis de aDn, formación de glóbulos rojos.

Anemia, falta de maduración en glóbulos rojos.

Hojas verdes, brócoli, germen de trigo.

Niacina

Participa en el metabolismo de los carbohidratos.

Lesiones cutáneas, pelagra, trastornos digestivos.

Granos enteros, carnes, nueces, pescado, pollo, lácteos.

Ácido pantoténico

Vital para el metabolismo alimenticio y la producción de químicos esenciales.

Trastornos neuromotores, cardiovasculares.

Granos enteros, leche, huevo.

Biotina

Síntesis de ácidos grasos, fijación del CO2.

Dermatitis escamosa, dolores musculares, debilidad.

Yema de huevo, síntesis por bacterias intestinales, leche, plátano, jitomate.

Vitaminas hidrosolubles

Fuentes: Curtis, H. Biología y Bernstein, R. S. Biología

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1. Diseña una dieta balanceada que favorezca tu nutrición. 2. Anota un desayuno, una comida y una cena ideales, que te proporcionen una alimentación balanceada y adecuada.

3. Entrégala por escrito a tu profesor. Valora el papel de los bioelementos y las biomoléculas como componentes importantes en la nutrición humana.


I. Completa el mapa de los requerimientos nutricionales de los seres vivos.

liposolubles

II. Correlaciona las columnas. 1.

Lisina

2.

Vitamina C

3.

Calcio

4.

Carbohidratos

5.

Lípidos

6.

Vitamina D

7.

Proteínas

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a. Ejemplo de vitamina liposoluble. b. Sirven para formar nueva piel, músculos, y así crecer. c. Proporcionan energía de uso inmediato, se encuentran en frutas y cereales. d. Ejemplo de aminoácido esencial. e. S irve para la formación de huesos y participa en diversos procesos celulares. f. Es una vitamina hidrosoluble. g. Proporcionan energía y se obtienen de fuentes como las semillas de girasol, nueces, almendras, aguacate.

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Tema 4 Hábitos saludables en la nutrición

Tema 5

Tema 6

adn

aRn


Asume el reto 1. Investiga acerca de las pruebas de adn: qué son, cómo se realizan, cuál es su utilidad. 2. Lleva tu investigación por escrito. 3. Identifica alguna película en la que se haga referencia al adn: al código genético, a

mutantes, a clonación. Describe la parte científica de la película y coméntala con tus compañeros. (Puede proyectarse alguna, como Gattaca, y hacer un comentario grupal acerca del papel de las pruebas de adn en el futuro.)

Cincuenta años atrás, los temas de los alimentos transgénicos o de la clonación pertenecían al campo de la ciencia ficción; en la actualidad, la genética molecular es un asunto cotidiano. La famosa doble hélice del adn (ácido desoxirribonucleico) se ha convertido en un ícono de la herencia fácilmente reconocido por todos, y es muy común escuchar a los niños hablar de personajes fantásticos que son seres mutantes que han experimentado modificaciones en su adn. También es usual enterarse en los noticieros acerca de avances en investigaciones policiales en las que se han empleado las pruebas de adn para identificar a individuos sospechosos o responsables de algún crimen. Nos parecemos a nuestros padres o a nuestros abuelos debido al adn que heredamos de ellos. La información contenida en esta molécula puede ser responsable de nuestra estatura, color de piel o propensión a la calvicie, entre otras muchas características. 78

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El adn forma parte de un tipo de biomoléculas llamadas ácidos nucleicos. Es un polímero formado por la unión de subunidades

llamadas nucleótidos. Un nucleótido está formado por una base nitrogenada, una molécula de azúcar y un fosfato. En el caso del ácido desoxirribonucleico o adn, el azúcar es la desoxirribosa. Esquema de un nucleótido O P

O

C

Fosfato P

O

O

5´

Base nitrogenada

O

4´

1´

A 3´

2´

Pentosa (azúcar)

Las bases nitrogenadas que pueden formar parte del adn son: • Bases púricas: adenina y guanina. • Bases pirimídicas: timina y citosina. Bases nitrogenadas O

NH2

O CH3

CH

N O

N H

CH

Citosina (C)

C

HN O

CH N H

Timina (T) en el adn

Pirimidinas

N

N HC

CH N

N H

N

HN

CH H2N

Adenina (A)

N

Base nitrogenada Azúcar Fosfato

N H

G C A C

Guanina (G) Purinas

T G

T A

Hace años, Watson y Crick trataban de encontrar cuál era la forma de la molécula del adn. Para ello reunieron evidencias que habían obtenido diferentes investigadores. Así, revisaron los experimentos de un científico llamado Erwin Chargaff (1905-2002). Sus resultados demostraban que en el adn existía siempre la misma proporción de adenina y timina, y que la concentración de guanina era siempre la misma que la de citosina. Por otra parte, evidencias de cristalografía de rayos X, obtenidas por Maurice W ilkins (1916-2004) y Rosalind Franklin (1920-1958), señalaban que la molécula del adn posiblemente era una doble cadena en forma de hélice. Watson y Crick organizaron estas y otras informaciones que lograron reunir y así dedujeron que las bases nitrogenadas se enlazaban por medio de puentes de hidrógeno: adenina con timina y guanina con citosina (es decir, una base púrica con una pirimídica), y obtuvieron un modelo como el que se señala en la figura 15. Además encontraron que en la molécula del adn el ancho total es de 2 nm (nanómetros), y que la hélice o escalera da una vuelta completa cada 3.4 nm, es decir, cada 10 pares de bases.

Figura 15. El aDn está formado por dos cadenas de nucleótidos unidas por puentes de hidrógeno entre sus bases nitrogenadas. Como se puede observar en el esquema se forman dos puentes de hidrógeno entre la adenina y la timina, y tres entre la guanina y la citosina. Además, una cadena corre en dirección opuesta a la otra, por lo que se dice que son antiparalelas.

Ácidos nucleicos. Moléculas biológicas formadas por nucleótidos, que participan en los procesos de la herencia. Existen dos tipos: el adn y el aRn. st-editorial.com

Glosario 79

BLOQUE 2

Figura 16. Los diversos estudios realizados sobre el genoma humano nos han revelado que todos compartimos 99.8% de la información genética. Lo que nos hace únicos y diferentes es solo 0.2% de nuestro aDn.

Los carbonos del azúcar se identifican por medio de los números 1’, 2’… hasta el 5’. Estos números son muy útiles para señalar los puntos de unión del carbono con otras moléculas. En la molécula del adn los nucleótidos se unen al formarse un enlace entre el fosfato de uno con el azúcar del siguiente. La unión se realiza en el carbono 3’ de la molécula de azúcar. La molécula del adn puede estar formada por miles de bases nitrogenadas. Cada molécula de adn es diferente de otra por la secuencia, el orden en que están colocados sus nucleótidos. Así, el adn de una rana, un pato y un ser humano está formado por nucleótidos similares, pero acomodados en secuencias diferentes. Aun entre organismos de la misma especie hay pequeñas discrepancias que permiten distinguir a un individuo de otro. Si no fuera así, todos los seres humanos seríamos como hermanos gemelos (figura 16).

Infográfico 2

Nucleosoma El aDn se enrolla alrededor de un racimo de moléculas de histonas; a esta estructura se le denomina nucleosoma.

Moléculas de histonas (proteínas)

Solenoide: 30 nm de diámetro

Nucleosomas: 10 nm de diámetro

adn

Gen

Cromosoma (en metafase): dos cromátidas de 700 nm de diámetro cada una Doble tira molecular de 2 nm de diámetro

80

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El adn es la molécula de la herencia, en él se codifica la información necesaria para el desarrollo y el funcionamiento de un organismo. La estructura del adn se puede analizar en sus distintos niveles: • La estructura primaria de un ácido nucleico consiste en la secuencia de nucleótidos que la conforman. Esta secuencia varía de un organismo a otro. • Al unirse las dos cadenas toman la forma de una doble hélice y se forma la estructura secundaria. • El adn de células procariontes tiene algunas diferencias con el de las células eucariontes. En ambos casos el adn se asocia a proteínas, con las que toma una conformación tridimensional específica, es decir, una estructura terciaria. En el caso de los eucariontes, el adn forma una estructura llamada nucleosoma, la cual se observa al microscopio electrónico como un collar de cuentas, en el que las proteínas, denominadas histonas, están envueltas por la molécula del adn (infográfico 2). El cromosoma procarionte –es decir, bacteriano– suele ser circular y aunque se llega a asociar con proteínas no forma nucleosomas. Desarrolla competencias



CG TA

1. Arma un modelo del adn con materiales que tú propongas. Puedes usar popotes, clips, cartón, dulces, alambre, bolitas de papel, chaquira o cualquier cosa que tu creatividad te lleve a pensar. 2. Presenta tu modelo ante el grupo y explica sus componentes. 3. Al presentar tu modelo de manera oral, explica lo siguiente: a. ¿Cuáles son los tres componentes de un nucleótido? b. ¿Qué tipo de enlace existe entre las dos cadenas del adn? c. ¿Cuál es el nombre del azúcar del adn? d. ¿Cuántos pares de bases hay en una vuelta completa de la doble hélice del adn? e. ¿Por qué se dice que las cadenas del adn son antiparalelas? f. En el adn, ¿cuál es la base nitrogenada que se aparea con la timina? g. ¿Quiénes descubrieron el modelo del adn? h. ¿Qué función tiene el adn? i. En tu opinión, ¿qué importancia tiene el adn?

Replicación del ADN

Una vez que se conoció el modelo de la estructura del adn, los investigadores se preguntaban cómo se podía transmitir el mensaje hereditario, de tal manera que se conservara para la siguiente generación y que los hijos mantuvieran las características de sus padres. Llegaron a la conclusión de que cuando una célula se va a reproducir necesita duplicar su información genética. Es muy importante que la información se conserve intacta, para que la célula hija pueda conservar las características de la célula original. A este proceso de copia mediante la cual se forma una nueva molécula de adn se le llama replicación (figura 17). El proceso de replicación se lleva a cabo en cuatro pasos: Paso 1. Consiste en “desenrollar” dos cadenas para que cada una sirva como molde para formar dos nuevas cadenas de adn. Para este paso se requiere de la acción de la enzima helicasa, la cual se introduce entre las dos cadenas y rompe los puentes de hidrógeno que existen st-editorial.com

TA GC TA

GC TA CG C TA G T G T T

T

A C

A

C

A C

Vieja

GC AT GC T TA GC TA G

C

TA GC

Nueva

GC TA GC

GC TA GC

TA GC TA

Figura 17. Replicación del aDn. 81

BLOQUE 2

Cadena vieja

3´

adn

polimerasa Enzima helicasa

para célula “hija” A

ADN

Topoisomerasa 5´

5´ Cadena nueva

Cadena nueva

Dirección de la replicación

3´ para célula “hija” B

3´

ADN

Cadena vieja

5´ adn

polimerasa

Figura 18. Formación de las dos nuevas cadenas de aDn por la acción de las enzimas helicasa y aDn polimerasa.

entre ellas (figura 18). Para evitar el superenrollamiento en el resto de la molécula del adn, se lleva a cabo la acción de las enzimas llamadas topoisomerasas, que cortan y pegan el adn evitando que se enrolle demasiado. Se ha observado experimentalmente que en el caso del adn de una bacteria, la duplicación se inicia en un sitio específico y luego continúa en forma bidireccional; en cambio, en las células eucariontes, debido a que el adn es más largo, se producen varios puntos de duplicación simultánea, así que se van formando especies de burbujas a lo largo de la cadena para acelerar el proceso. Paso 2. Cada cadena va a servir como molde para que en ella se coloquen nucleótidos y se forme una nueva Desarrolla competencias

cadena complementaria. La enzima adn polimerasa empieza a colocar los nucleótidos que corresponden a la secuencia de la cadena del adn: donde hay guanina se añade citosina, donde hay adenina se coloca timina. De esta manera se va formando una cadena nueva de adn y se va uniendo a la cadena vieja. Paso 3. La adn polimerasa “revisa” que no haya errores. Paso 4. Los nucleótidos de cada cadena forman puentes de hidrógeno y la molécula toma la forma de doble hélice. Se liberan dos moléculas de adn, cada una conserva una cadena original y tiene otra cadena nueva recién elaborada. Por este motivo se dice que la replicación del adn es semiconservativa.



1. Anota la secuencia complementaria para la siguiente cadena de adn: ATT C G A C C AT C A G CT AT G G GT AT C CT A G G C C AT

2. Elabora en tu cuaderno un diagrama en el que señales los pasos en la replicación del adn. 3. Demuestra, en el modelo del adn que elaboraste, la forma en que se lleva a cabo el proceso de replicación.

Práctica de laboratorio Puedes repasar el contenido estudiado en este tema en la práctica de laboratorio “Obtención del ADN”, que se encuentra en la Sección final (p. 213). Elabora un reporte del experimento realizado.

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Tema 5

Tema 6

adn

aRn


Asume el reto ¿Sabes qué es un código? Es una especie de mensaje en clave. 1. Investiga y lleva a tu clase por escrito los siguientes códigos: • El lenguaje de los sordomudos. • La clave Morse para enviar mensajes telegráficos. • La forma en que se escriben las notas musicales en un pentagrama. 2. Comenta con tus compañeros acerca de las características de un código y de lo que se necesita para poder interpretarlo.

La molécula del adn contiene información valiosísima que determina la identidad de cada organismo y es imprescindible para el desarrollo de sus funciones vitales. Sin embargo, esa información no tendría sentido alguno si no pudiera ser interpretada, es decir, descifrada para ser utilizada en la formación y fisiología de un ser vivo. Se podría decir que el adn es un libro lleno de datos acerca de cómo construir organismos: lagartijas, mariposas, seres humanos… Pero es necesario interpretar esta información, para traducirla en formas, colores, diseños naturales, color de ojos, de cabello, etc., y es aquí donde el ácido ribonucleico (arn) entra en acción. st-editorial.com

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BLOQUE 2

La función del arn es interpretar la información codificada en el adn y convertirla en las proteínas que se requieren en determinado momento en un organismo, de acuerdo con sus características específicas. El arn es un ácido nucleico, similar al adn. También está formado por nucleótidos, pero en este caso el azúcar es ribosa y en las bases nitrogenadas, en lugar de timina, hay uracilo, como puedes ver en los siguientes esquemas. Ribosa y uracilo O

CH2OH C H

O

OH

H

H

C

C

OH

OH

CH

HN

C O

H

CH N H Uracilo (U) en el aRn

Ribosa

Figura 19. Las características del pelo de cada organismo están determinadas por su aDn.

Otra diferencia importante entre la molécula de adn y la de arn es que, mientras que el adn tiene doble cadena, el arn solo tiene una y es mucho más corta. Además, el adn solo se ubica en el núcleo de la célula y el arn puede estar en diversas ubicaciones distribuido en la célula dentro y fuera del núcleo. Existen tres tipos de arn: mensajero, de transferencia y ribosomal. Por ejemplo, al formarse nuestro cabello, el arn interpreta la información codificada en nuestro adn y produce la proteína queratina. El cabello tendrá las características codificadas en nuestro adn, de manera que si lo heredamos rubio y lacio, ese será el tipo de cabello que se produzca, pero si en nuestros genes está escrito que tengamos cabello negro y rizado, esa información será transcrita y aplicada fielmente por nuestro arn. En el caso de un perro, existen otras especificaciones en su adn para el tipo de pelaje que produzca (figura 19). El arn lleva a cabo su función en dos etapas: Transcripción. El arn mensajero ( arn m) obtiene la información contenida en el adn . Traducción. Se interpreta dicha información y se construye una proteína de acuerdo con las instrucciones codificadas y transcritas. Desde la época de Watson y Crick, se llegó a la conclusión de que la información del adn fluye de la siguiente manera: adn

Replicación

Proteína

aRn

Transcripción

Traducción

En un principio se pensó que la información siempre fluía de esa manera y se decía que este era el “dogma central de la biología molecular”. Sin embargo, en la ciencia no existen verdades absolutas e inmutables, así que años más tarde se demostró que también era posible que el arn fuera un molde para que se elaborara adn, es decir que una de las flechas de arriba puede ir en sentido contrario. Este proceso lo llevan a cabo los retrovirus, como es el caso del que causa el sida. adn

Replicación

84

Proteína

aRn

Transcripción

Traducción

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adn

aRn

C A

G T

Revisa el texto anterior y anota en tu cuaderno cinco diferencias entre el ADN y el ARN. Puedes usar la siguiente matriz.

C

G Cadena inactiva de adn

G

C

Tipo de cadena

A

A

Bases nitrogenadas

T A C

C A

A

C

Tipos de azúcar

G

C

Ubicación

T

A G

C

Función

A

A C

A G

C

A

aRn

polimerasa

C

T

A

T

Cadena activa del adn

A

C

Transcripción del ADN

El adn contiene la información para producir unas 3 000 o más proteínas diferentes. De acuerdo con estudios realizados por varios científicos, se ha llegado a la conclusión, con algunas salvedades, de que el segmento de adn que codifica para la síntesis de una proteína o de una cadena de proteína es un gen, o sea que el adn está formado por varios miles de genes. Cuando es necesario formar una proteína en particular, se produce una copia del segmento de adn, es decir, del gen que codifica para esa proteína. Es como si tuviésemos un libro con mucha información pero del cual solo vamos a fotocopiar la página que nos interesa en un momento dado. El primer paso para la transcripción consiste en que el adn se abra para permitir ser copiado. La enzima arn polimerasa va colocando los nucleótidos necesarios para formar una molécula de arn mensajero que sea complementaria a la secuencia de adn que se está copiando. Posteriormente se coloca una adenina donde haya timina, guanina con citosina y uracilo donde haya adenina (figura 20). Cuando se ha copiado el segmento de adn, el arn mensajero se desprende, sale del núcleo y comienza sus funciones en el citoplasma. La molécula de adn se cierra de nuevo y permanece en el núcleo.

A

T

A

A

A

C

G

G

C

5´

G

C

aRnm

G

transcrito

A G

T

A

A

A

Al citoplasma

Figura 20. Transcripción del aDn.

Aminoácido leucina 5´

3´

Enlaces de hidrógeno

Traducción del ADN

Para la traducción, es decir, la interpretación del mensaje del adn, es necesaria la participación del arn ribosomal, el cual forma los ribosomas, que es donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas. Asimismo, es muy importante la participación de los arn de transferencia, los cuales tienen forma de trébol. En una parte de la molécula hay un grupo de tres bases llamado anticodón, y en otra parte de la molécula hay un sitio por el cual puede unirse a un aminoácido, al cual va a transportar (figura 21). En el infográfico 3, puedes ver el proceso con el que se lleva a cabo la síntesis de proteínas. st-editorial.com

Anticodón 5´

GA A CU U Codón

aRnm

3´

Figura 21. aRn de transferencia. 85


Traducción del aRn A

U

G

C C

C

U

A

U

Ribosoma

U A C

aRn

mensajero

aRn

transmisor

Anticodón G G G

Paso 1 El aRn mensajero se coloca sobre un ribosoma y se inicia la interpretación del mensaje.

Met

aRnt

entrante

Paso 2 La información del aRn mensajero se lee por tripletes, es decir, por paquetes de tres letras; a cada paquete de tres letras se le llama codón o triplete.

Pro

Paso 3 Los aRn de transferencia acarrean aminoácidos –componentes de las proteínas– y los van colocando en el orden establecido, de acuerdo con la información que contiene el arn mensajero. En cada codón del aRnm se va a colocar el aRnt que tenga el anticodón correspondiente y colocará el aminoácido que trae consigo; para cada triplete hay un aRnt, así que cada aminoácido es colocado de manera específica, de acuerdo con el mensaje genético. Pro

Paso 4

Aminoácidos Met

Los aminoácidos acarreados y colocados en el ribosoma se van uniendo por enlaces peptídicos y dan lugar a la cadena de proteína. U

A

U

Paso 5 Cuando termina de interpretarse el mensaje, la proteína se libera del ribosoma.

A U A

Pro Péptido creciente (proteína)

Glosario 86

Met Tir

Codón. Conjunto de tres bases (triplete) del aRn mensajero, que codifica la información para un aminoácido determinado. st-editorial.com


Hagamos ahora una analogía para entender mejor el proceso anterior. Imaginemos que el adn se corresponde con los planos para construir todos los edificios y las casas de una ciudad: • En un momento dado se va a construir una casa y el arquitecto (arn mensajero) va a las oficinas centrales (núcleo) y obtiene una copia de los planos que necesita. • La copia se utiliza para saber el orden en que deben colocarse los componentes de la casa. • Los albañiles (arn de transferencia) se encargan de acarrear los ladrillos que hagan falta y los van colocando en el orden que les indican los planos. • Cada albañil se especializa en acarrear un tipo determinado de ladrillos. • La construcción se lleva a cabo en un lote o terreno (arn ribosomal). • Al fi nal se obtiene una casa (proteína), elaborada de acuerdo con los planos originales. Desarrolla competencias



1. Piensa en otra analogía que pudieras utilizar para explicar el proceso de la síntesis de proteínas a partir de la información del adn y escríbela a continuación.


¿Conoces el ballet clásico, donde bailarines y bailarinas parecen más que bailar, flotar? Para ser un profesional de la danza y poder bailar clásicos como el Lago de los cisnes o Giselle, se requieren muchos años de estudio, dedicación y práctica constante y diaria. Hoy se sabe que hay dos genes que predisponen a una persona al baile. Uno de los genes es el que transporta serotonina –neurotransmisor relacionado con las emociones y los estados de ánimo– y el otro es receptor de vasopresina –hormona que tiene que ver con la capacidad de relacionarnos socialmente.

2. Completa el siguiente cuadro sobre los tres tipos de arn. Tipo de aRn

Función

Mensajero Transferencia Ribosomal

Código genético

En el proceso de interpretación de la información del adn la célula tiene su propia clave o código para determinar qué aminoácidos deben colocarse para armar una proteína determinada. Esa clave está en el mensaje del adn, ya que de acuerdo a los tripletes o codones que se van leyendo se van colocando los aminoácidos correspondientes. Uno de los grandes retos que enfrentaron los científicos tras el descubrimiento del adn fue determinar la forma en que se podía interpretar el código genético, es decir, saber qué aminoácidos se colocan en una proteína a partir de una secuencia determinada de adn. Los principales responsables de descifrar este código fueron Marshall Nirenberg (1927-2010) y Heinrich Matthaei (1929), quienes en 1961 realizaron los primeros experimentos que condujeron a la interpretación del código genético (cuadro 4). st-editorial.com

87

BLOQUE 2 CUADRO 4. CÓDIGO GENÉTICO U

U

UUU U U C Fenilalanina UUA UUG

Leucina

C UCU UCC UCA UCG

Serina

UAU Tirosina UAC U A A Código de U A G terminación

C

CUU C U C Leucina CUA CUG

CCU C C C Prolina CCA CCG

CAU Histidina CAC

A

AUU A U C Isoleucina AUA A U G Metionina (inicio)

ACU ACC ACA ACG

GUU G U C Valina GUA GUG

GCU G C C Alanina GCA GCG

G

Este código tiene las siguientes características: • Consiste en 64 tripletes que corresponden a los 20 aminoácidos, por lo tanto algunos aminoácidos tienen dos o más codones que los codifican. Por esta característica se dice que el código es redundante o degenerado. • Cada codón codifica para un aminoácido determinado, lo que significa que el código no es ambiguo. • Existen un codón de inicio y tres codones de terminación. Estos últimos no codifican para ningún aminoácido. • El código es universal porque todos los seres vivos que hay en nuestro planeta responden de la misma manera a las instrucciones del adn. Esto refuerza la idea de que todos los seres vivos tenemos un origen común.


actividad grupal

En parejas, resuelve el siguiente problema relacionado con la aplicación del código genético.

1. Interpreta el mensaje genético siguiente anotando la secuencia de arn mensajero que se obtendría en el proceso de transcripción. TAC GAC CAA TTC GCG ACA CCC CAT CTA TCC CTA ACT

2. Anota la secuencia de aminoácidos que se obtendría al traducir el mensaje. Para contestar es necesario que consultes el cuadro 4.

88

A

U G U Cisteína UGC U G A Código de terminación

U C A G

U G G Triptófano CGU C G C Arginina CGA CGG

U C A G

AAU Asparagina AAC

A G U Serina AGC

AAA Lisina AAG

A G A Arginina AGG

U C A G

GAU Á c i d o G A C aspártico

GGU G G C Glicina GGA GGG

CAA Glutamina CAG

Treonina

G

GAA Á c i d o G A G glutámico

U C A G

¿Cómo se interpreta el código genético? Imaginemos que las primeras bases de una cadena de adn contienen el siguiente mensaje: TTC CCG; al transcribirse esa información en el arn mensajero se colocarían las bases complementarias, AAG GGC, y posteriormente podemos buscar en el código genético a qué aminoácido corresponde cada triplete. La interpretación del código genético ha sido un gran avance para la ciencia y en él se basan las aplicaciones de la biotecnología actual, ya que ahora podemos saber qué mensaje genético se necesita para la síntesis de determinada proteína, como la insulina, y así, con técnicas muy especializadas, desarrollar microorganismos que la elaboren para usos médicos.


3. Ejercita resolviendo estos otros mensajes del

adn. Establece un concurso para ver quién logra descifrarlos más rápidamente. Mensaje 1: TAC CGC ACG TTA ATA CAC GG ACC CCA AA ATT Mensaje 2: TAC CGA GGC ACA CCG AGA CAG CTA CCC AGG ACT Mensaje 3: TAC AA CGC TTA CGA CGG ATA ACC TCG CCT ATC

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Lee Mapa genético de los mexicanos Los investigadores del Instituto Nacional de Medicina Genómica (Inmegen) analizaron la composición genética de 300 pobladores mestizos e indígenas de varias regiones de México. Descubrieron que la población es “sustancialmente diferente” de las otras tres poblaciones ancestrales o subgrupos genéticos que se conocen hasta ahora: el yoruba de África, el chino y el japonés de Asia y el caucásico europeo. “Cuando nos preguntamos si podríamos incorporar el genoma que estudió el Proyecto Internacional del HapMap –que analizó la variación genética de las tres poblaciones ancestrales– a nuestra población, la respuesta fue: “No”, explicó a bbc Ciencia el doctor Gerardo Jiménez-Sánchez, quien dirigió el estudio. “Nos dimos cuenta de que sería extraordinariamente costoso utilizar toda esa información porque tendríamos que sumar las tres poblaciones para tener una cobertura de suficiente resolución que nos permitiera encontrar genes asociados a enfermedades en México”, agrega.

Variaciones únicas

Tal como señala la investigación publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences (Actas de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, pnas, por sus siglas en inglés), los científicos del Inmegen decidieron trazar el propio mapa genético de la población mexicana para poder comparar esa información con la de otros genomas conocidos y buscar genes relacionados a enfermedades. El verdadero

reto ahora es saber cómo prevenimos el cáncer de mama, cómo identificamos a personas que tengan mayor predisposición a la influenza o a la hepatitis. Es decir, cómo cambiamos la vida y mejoramos la salud de los mexicanos. Por ejemplo, en un estudio reciente llevado a cabo en Asia se identificó una característica genética que revela la susceptibilidad de los asiáticos a la hepatitis B. Otros estudios han identificado a personas con predisposición genética al virus vih 1 –responsable de la mayoría de los casos de sida– y a la enfermedad de Kawasaki –un trastorno infantil que causa inflamación en los vasos sanguíneos–, que se presenta con más frecuencia en Japón. “Esta investigación es un catálogo de las variaciones genéticas más frecuentes en los mexicanos –afirma el doctor Jiménez-Sánchez– y es un instrumento que nos permitirá encontrar genes asociados a las enfermedades humanas con mucho mayor eficacia y menor costo”. El enfoque, agrega el investigador, ahora se concentrará en dos grupos de enfermedades: las comunes; es decir, aquellas que padece un considerable número de personas en el mundo, como diabetes, obesidad, hipertensión y cáncer, entre otras; y las enfermedades frecuentes, que son aquellas que han mostrado alguna particularidad en los mexicanos. “Por ejemplo –dice el científico– sabemos que el cáncer de mama se presenta en promedio en México diez años antes

que en la población caucásica. Y esto nos permite pensar que hay variaciones genéticas en esta población que predisponen a esta enfermedad”, agrega.

Predisposición a infecciones

Con el reciente brote de gripe porcina, que afectó principalmente a México, muchos científicos se preguntaron por qué en este país el brote había sido mucho más letal que en otros países. Aunque, tal como señala el doctor Jiménez-Sánchez, todavía es muy pronto para establecer que una variación genética podría ser responsable de la tasa de mortalidad en México, pero quizás algún día se encontrará una explicación. “Las enfermedades infecciosas como la influenza tienen un componente genético y uno ambiental. De tal forma que si hemos encontrado genes de la diabetes y la obesidad –como ha ocurrido en otras partes del mundo– no veo por qué no podamos encontrar variaciones que hacen a las personas más susceptibles a una enfermedad viral o que generan un comportamiento diferente, como la muerte en el caso de la influenza AH1N1”, explica el investigador. Todavía faltan muchas más investigaciones para poder llegar a ese objetivo, dice el científico, pero este estudio sentará la base para pasar de un nivel descriptivo de la población mexicana a un nivel práctico que permita identificar genes asociados a enfermedades comunes y producir medicinas para tratar esas enfermedades.

Fuente: bbc Mundo. En: www.bbc.co.uk/mundo/ciencia_tecnologia/2009/05/090512_ genoma_mexicano_men.shtml

Resuelve en tu cuaderno según la lectura anterior.

1. ¿Qué beneficios brinda la obtención del mapa genético de los mexicanos? 2. ¿De qué manera ayuda el conocer el mapa genético de los mexicanos en la prevención y predisposición de las personas a ciertas infecciones y enfermedades, como la influenza AH1N1?

3. E labora un informe escrito acerca de la importancia de la elaboración de mapas genéticos y de otras aplicaciones de la genética basadas en el descubrimiento del código genético.

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Evaluación sumativa Heteroevaluación Realiza los siguientes ejercicios y muestra tus respuestas al docente. Horizontales 1. A zúcar monosacárido que se encuentra en las frutas. 2. Símbolo químico de un elemento que debe consumirse en bajas cantidades para evitar el riesgo de la hipertensión arterial. 3. Lípido esteroide que se encuentra en alimentos como el huevo o la carne grasosa. 4. Á cido nucleico que participa en la síntesis de proteínas. 5. C omponente o monómero de las proteínas. 6. T ipo de vitamina que es soluble en grasas, como la vitamina A. Verticales 7. Polisacárido estructural que forma parte de las hojas de las plantas. 8. M olécula que forma el 63% del cuerpo humano. 9. Tipo de enlace que se forma entre dos aminoácidos en una proteína. 10. Proteína que tiene función hormonal y controla el nivel de azúcar en la sangre.

1.

7.

8. 9.

10. 2.

3.

4. 5.

6.

Autoevaluación I. Elabora en una hoja aparte un mapa conceptual o mental de las características de los seres vivos. II. Resuelve los siguientes problemas en tu cuaderno. 1. Se analizó el adn de un erizo de mar y se encontró que tenía 18% de guanina. Calcula qué porcentaje

de timina tiene, considerando la forma en que se aparean las bases nitrogenadas y que entre las cuatro deberán sumar 100%. 2. En las personas que padecen un tipo especial de anemia hay un cambio en la secuencia de adn que codifica para la hemoglobina. En un determinado triplete, la secuencia CTC está cambiada por CAC. Señala cuál sería la secuencia de arn correspondiente a esos tripletes, y a partir de esa información determina cuál aminoácido debe tener la hemoglobina normal y cuál tiene la hemoglobina deficiente.

III. Escribe cinco consejos que le darías a un amigo para que tenga una alimentación adecuada.

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IV. Reflexiona y responde en tu cuaderno las siguientes preguntas acerca de tu desempeño en el bloque.

1. ¿En qué actividad se te presentaron más dificultades?, ¿qué estrategias tomaste para superarlas? 2. ¿Qué actividades te resultaron más interesantes? 3. ¿Cómo te sentiste trabajando en equipo?, ¿por qué?

Instrumentos de evaluación I. Realiza las siguientes actividades. 1. Ahora que estás a punto de concluir con el estudio del presente bloque, retoma el problema que se te planteó al inicio (p. 51).

2. Trata de resolver el problema. 3. F íjate si esta vez pudiste resolverlo con más facilidad o si te resultó complicado; esto con la finalidad de que fortalezcas las competencias adquiridas.

II. U tiliza el siguiente instrumento de evaluación para que ubiques cuáles fueron los desempeños que

alcanzaste en el estudio de este bloque. Suma el total de aciertos de esta rúbrica con el total de aciertos de la valoración anterior que has hecho para que evalúes tu aprendizaje de este bloque. Luego, consulta la siguiente escala. Aspectos a evaluar

3

2

1


Explicas claramente las características distintivas de los seres vivos.

Identificas, con algunas dificultades, las características distintivas de los seres vivos.

No identificas cuáles son las características distintivas de los seres vivos.


Explicas correctamente la conformación química de los seres vivos, la estructura y función de los bioelementos y de las biomoléculas.

Reconoces, con algunas dificultades, la conformación química de los seres vivos, la estructura y función de los bioelementos y de las biomoléculas.

No reconoces la conformación química de los seres vivos, la estructura y función de los bioelementos y de las biomoléculas.


Valoras plenamente el papel de los bioelementos y las biomoléculas como componentes importantes de la nutrición humana.

Reconoces, con algunas dificultades, el papel de los bioelementos y las biomoléculas como componentes importantes en la nutrición humana.

No reconoces el papel de los bioelementos y las biomoléculas como componentes importantes en la nutrición humana.

Valor

9

6

3 Total:

Escala Excelente: 8-9 Bien: 6-7 Regular: 4-5 Insuficiente: 1-3

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91


Bloque 3 Reconoces la célula como unidad de la vida

Bloque 2

Identificas las características y los componentes de los seres vivos

• Reconoce la célula como la unidad fundamental de los seres vivos. • Analiza las características básicas, el origen, la evolución, los procesos y la clasificación de las células.

Bloque 3

Bloque 4



Continúa...

Competencias a desarrollar •

•

•

•

•

Elige las fuentes de información más relevantes para establecer la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas de sus comportamientos y decisiones. De manera general o colaborativa, identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. Utiliza las Tecnologías de la Información y la Comunicación para obtener, registrar y sistematizar información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y/o realizando experimentos pertinentes. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones aportando puntos de vista con apertura y considerando los de otras personas de manera reflexiva.

•

•

• •

•

Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del conocimiento explicitando las nociones científicas para la solución de problemas cotidianos. Trabajando en equipo, diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos relativos a las ciencias biológicas. Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipos en la realización de actividades de su vida cotidiana enfrentando las dificultades que se le presentan siendo conscientes de sus valores, fortalezas y debilidades. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

Introducción

Objetos de aprendizaje La célula Teoría celular Teorías de la evolución celular Tipos celulares: - procariota - eucariota Estructura y función de las células procariota y eucariota

L

a célula es una maravilla que ha atrapado la atención de muchos investigadores a lo largo de la historia. Parece increíble pensar en que una estructura tan diminuta tenga

tanta importancia como para ser estudiada; sin embargo, gracias a los avances en el estudio de la célula se han podido hacer descubrimientos de gran trascendencia que nos han permitido empezar a comprender el verdadero origen de muchas enfermedades, los procesos de reproducción, la forma en que se produce el envejecimiento y mucho más… En este bloque conoceremos acerca de la célula, de los pasos que llevaron a descubrir su función en los seres vivos y las teorías que se han desarrollado acerca del origen de la vida y de las primeras células. Luego nos adentraremos a conocer los organelos que las forman y la relación de cada uno de ellos con los procesos que se llevan a cabo en todo el organismo. A continuación te presentamos los contenidos que estudiaremos en este bloque organizados en un mapa conceptual.

Células eucariotas: - célula vegetal - célula animal

Célula

Procesos celulares se explica por la

se han formulado

es de diferentes

está formada por diversos

teoría celular

teorías sobre su origen

tipos

componentes

que maneja postulados de

entre ellas

estructura función origen

94

evolución química panspermia hidrotermal

procarionte eucarionte

núcleo citoplasma membrana y derivados organelos citoplasmáticos

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Para comenzar... Para que puedas comprender los temas de este bloque, es necesario


Conocimientos Resuelve en tu cuaderno lo que se te solicita a continuación.

1. Escribe la definición de la célula. 2. Anota tres ejemplos de organismos que tengan células. 3. Explica la diferencia entre célula procarionte y eucarionte. 4. Anota el nombre de cinco componentes que forman parte de una célula. 5. Describe tres tipos de microscopios con los que podemos observar las células.

Habilidades I. Realiza en una cartulina un mapa mental sobre las teorías del origen de la vida. II. Dibuja en tu cuaderno tres tipos de células que conozcas.

Actitudes y valores Responde en tu cuaderno a partir de tus criterios personales.

1. Expón tus puntos de vista acerca del origen de la vida. 2. Explica tu opinión acerca de la importancia del trabajo de los científicos, que estudian, entre otras cuestiones, las células.

3. ¿Qué valor tiene el trabajo colaborativo? Nombra tres ventajas de trabajar en equipo con tus compañeros.

Actividades de enseñanza Lluvia de ideas para recuperar los conocimientos del alumnado sobre el concepto de célula. Explicación, con apoyo audiovisual, de la importancia de la célula como unidad de la vida que permite la existencia de todos los organismos. Investigación documental sobre el proceso histórico en el cual se originó la teoría celular y sus postulados básicos: unidad de estructura, de función y de origen. A partir de la pregunta ¿cómo se originó la vida?, recuperar y comparar las nociones del alumnado sobre las teorías actuales y las concepciones de culturas indígenas ancestrales. Consulta, en diferentes medios, sobre las teorías actuales que explican el origen de las primeras células, y la validez de cada una. Debate sobre el tema del origen de la vida; explicación de los fundamentos de las teorías que se proponen describir el proceso de evolución celular. Identificación, mediante imágenes, de los diferentes tipos de células procariotas y eucariotas, y de las características básicas de ambas. Investigación documental sobre los procesos de evolución de la célula procariota a la eucariota. Actividad experimental para observar y distinguir similitudes y diferencias entre las células de organismos procariontes, animales y vegetales.

Continúa... st-editorial.com

95

Actividades de enseñanza Organizador gráfico donde se identifiquen, con apoyo de imágenes reales, los distintos tipos de células del cuerpo, y se destaquen su diversidad de formas y estructuras.

La siguiente herramienta didáctica constituye una situación problémica para que trates de resolverla. Lee con atención los desempeños que se numeran enseguida; si te fijas, estos se hallan relacionados con las preguntas que se te plantean, pues con cada una de estas puedes saber si estás adquiriendo cada uno de esos desempeños.

Actividad experimental para la observación de algunas funciones celulares.

a. Reconoce la célula como la unidad fundamental de los seres vivos. b. Analiza las características básicas, el origen, la evolución, los procesos y la clasifi-

Explicación de la estructura y la función de los componentes de la célula eucariota: membrana, citoplasma, núcleo, organelos sin membrana, organelos con membrana, citoesqueleto.


Explicación de los procesos básicos que tienen lugar en la célula: transporte de sustancias, comunicación, reproducción, elaboración y transporte de biomoléculas, almacenamiento y procesamiento de sustancias, procesos energéticos, movimiento. Preguntas para valorar la habilidad de relacionar los componentes celulares con su función y con los procesos orgánicos específicos en que intervienen. Actividad integradora para investigar el promedio de vida de distintos tipos celulares y por qué unos poseen tiempos de vida cortos con reemplazamiento y otros no; presentación de reportes con los criterios requeridos y plenaria grupal.

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Problema

cación de las células.

Un atleta en acción Joaquín es un estudiante de bachillerato que ama el futbol. Desde pequeño lo ha practicado y ahora participa en el equipo representativo de su escuela. Justo el día de la gran final, el partido más importante de la temporada, participó en el primer tiempo, pero luego comenzó a sufrir calambres y tenía la pierna paralizada. Su entrenador le dio masaje y así pudo mejorar su movilidad. Volvió al partido, pero sufrió un choque que le produjo una

herida abierta en el brazo, y lo dejó aturdido por el golpe. ¡Todo estaba saliendo mal! Se sentía desesperado porque tenía muchas esperanzas de ser el héroe del partido y, sin embargo, había tenido que salir en camilla de la cancha, con dolor en todo el cuerpo, con el temor de haberse fracturado algún hueso, o haber pescado una infección en la herida. Finalmente su equipo ganó, y a pesar de no haber podido participar como él lo deseaba, sus amigos decidieron darle el trofeo que habían obtenido, considerando su esfuerzo y su entrega al equipo.

b1. ¿Por qué suceden los calambres? a2. Los calambres actúan sobre las células musculares. ¿Qué forma presentan este tipo de células?

b3. ¿Qué organelo proporciona energía a las células musculares, y permite que se muevan?

a4. ¿Qué células fallan cuando te encuentras aturdido o desmayado? a5. ¿Los huesos tienen células? Explica tu respuesta. b6. L as bacterias pueden entrar a una herida y causar una infección. ¿Qué diferencias existen entre las células humanas y las bacterias?

a7. La sangre que sale de una herida lleva células. ¿Qué tipos de células hay en la sangre?

b8. ¿Cuál célula es más evolucionada, una bacteria o una célula humana? Explica tu respuesta.

b9. ¿Cómo surgieron las células? ¿Han existido siempre?

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1. Contrasta tus respuestas a las preguntas del problema con las de tus compañeros del grupo, y entre todos señalen cuáles son las correctas; confírmenlas después con su docente.


3

2

1

Reconoce la célula como la unidad fundamental de los seres vivos.

Reconoces claramente la célula como unidad fundamental de los seres vivos.

Identificas con algunas dificultades la célula como unidad fundamental de los seres vivos.

No identificas la célula como unidad fundamental de los seres vivos.

Analiza las características básicas, el origen, la evolución, los procesos y la clasificación de las células.

Explicas correctamente las características básicas, el origen, la evolución y la clasificación de las células.

Reconoces, con algunas dificultades las características básicas, el origen, la evolución y la clasificación de las células.

No reconoces las características básicas, ni el origen, la evolución y la clasificación de las células.

Valor

6

4

2 Total:

3. Suma el total de aciertos de esta rúbrica. Luego, consulta la siguiente escala. Escala Excelente: 5-6 Bien: 3-4 Insuficiente: 1-2 Recuerda que la autoevaluación es para ti, para que te des cuenta de tus logros y de lo que necesitas trabajar para aprender más, así que procura ser siempre honesto en este tipo de valoraciones y determinar cómo puedes mejorar en tus estrategias de aprendizaje

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TemaTema 1 1 Para Temacomenzar... previo

La célula. Teoría Tema actual celular

Tema 2Tema 1

Tema 3

Tema 1

TeoríasTema de laposterior evolución celular

Tipos celulares: Tema posterior procariota y eucariota

Continúa... Continúa...

Asume el reto Organizados en equipos de cuatro, llevan imágenes que obtengan de Internet o fotocopias de un libro, donde se muestre cómo son las células humanas: • • • • • • •

Musculares. Sanguíneas. Espermatozoides. Óvulos. Cardiacas (del corazón). Epiteliales (de la piel). Hepáticas (del hígado).

Con estas imágenes elaboren un collage y explíquenlo a su profesor. Utilicen los trabajos para ambientar su salón de clases en el transcurso de este bloque.

Como has podido observar, al realizar la actividad anterior, nuestro cuerpo está formado por diversos tipos de células: sanguíneas, musculares, nerviosas, reproductoras, etc. Todo el organismo humano es un enorme conjunto de células que trabajan en armonía para mantenernos con vida. Nuestra vida misma se origina a partir de una célula, resultado de la unión de un óvulo y un espermatozoide. Esta se multiplica y las células resultantes se van diferenciando para dar lugar a cada uno de nuestros tejidos. Así, todas nuestras células son parecidas, por ser nuestras, pero cada una toma la forma que le corresponde para cumplir su función dentro de nuestro organismo. 98

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RECONOCES LA CÉLULA COMO UNIDAD DE LA VIDA

No solo los seres humanos, sino todos los seres vivos, estamos formados por células (figura 1). Lo más interesante es que una célula desarrolla todas las funciones de un ser vivo: respirar, crecer, reproducirse… Así que si entendemos el funcionamiento de una célula podremos comprender cómo funciona todo nuestro organismo. En la actualidad se sabe mucho acerca de las células, de sus formas, de su fisiología e importancia, sin embargo, cabe mencionar que no siempre ha sido así. En el pasado, cuando fueron descubiertas, la gente veía las células como una mera curiosidad de la naturaleza, y nadie sospechaba que las plantas, los animales o los seres humanos estuviesen formados por células o que estas tuvieran alguna función de interés para ser analizada. El conocimiento acerca de las células nació en la época de Anton van Leeuwenhoek (1632-1723), un tallador de lentes holandés que construyó su propio microscopio. Él se encerraba en su taller por horas y horas, y observaba todo lo imaginable e inimaginable: agua sucia, cabellos, esperma, sangre, insectos, pestañas… Así, se asomó por primera vez a un mundo hasta entonces desconocido y logró observar gran cantidad de células de diversos colores y formas. Él registró todas sus observaciones en cuadernillos que después entregó a los miembros de la Royal Society de Londres, quienes, si bien al principio no confiaban mucho en sus descubrimientos, posteriormente, al comprobar la importancia de sus observaciones, lo animaron a seguir adelante con sus investigaciones y lo nombraron miembro honorario en 1680. Cabe mencionar, no obstante, que no fue Leeuwenhoek quien le dio su nombre a la célula, ya que unos años antes, en 1665, Robert Hooke (1635-1703), al realizar finos cortes de corcho y observar las pequeñas celdillas que lo formaban, utilizó por primera vez este término para referirse a ellas. A partir de los descubrimientos de Leeuwenhoek, otros científicos fueron haciendo observaciones y descubrimientos relacionados con las células. Así, por ejemplo, en 1691 el anatomista y biólogo italiano Marcello Malpighi (1628-1694) observó los vasos capilares y los tejidos formados por células. La información que a través de los años se fue acumulando acerca de las células comenzó a integrarse en el siglo xix, unos 200 años después de su descubrimiento. En 1831, el botánico escocés Robert Brown (1773-1858), mientras estudiaba las hojas de orquídeas, descubrió que sus células tenían una mancha oscura en su interior a la que nombró núcleo, ya que intuía que era la parte más importante de la célula. Por aquella época, en 1835, el biólogo francés Félix Dujardin (1801-1860) observó en organismos unicelulares una sustancia gelatinosa, que les permitía desplazarse, y la llamó sarcoda. Esta sustancia recibiría más adelante el nombre de protoplasma. Las aportaciones más importantes referentes a las células se deben al botánico alemán Matías Jacob Schleiden (1804-1881) y al zoólogo Theodor Schwann (1810-1882), también de origen alemán. En alguna ocasión ellos se reunieron a conversar acerca de sus investigaciones, ya que eran colegas y amigos, y cayeron en la cuenta de que había algo en común en sus trabajos de investigación, y es que los dos trabajaban con células: vegetales el primero y animales el segundo. Se plantearon entonces la hipótesis de que tal vez todos los seres vivos, plantas, animales, estaban formados por células, y que estas eran la unidad fundamental de la vida. Decidieron profundizar en sus observaciones, visitar uno el laboratorio del otro para corroborar su hipótesis y al descubrir la similitud entre las células vegetales y animales establecieron la teoría celular, la cual fue publicada en 1839 por Schwann. Los principios fundamentales de esta teoría son: 1. Todo organismo está formado por una o más células, es decir que la célula es la unidad anatómica de los seres vivos (unidad de estructura). 2. La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos; esto significa que es la unidad más pequeña que tiene las propiedades de la vida (unidad de función).

Figura 1. Todos los seres vivos, sean árboles, hongos, insectos, estrellas de mar, microorganismos… estamos constituidos por células.

Posteriormente, en 1858, el médico alemán Rudolf Virchow (1821-1902) la complementó con el tercer principio fundamental, que dice: 3. Toda célula proviene de otra célula preexistente. Este postulado se relaciona con los procesos de reproducción (unidad de origen). st-editorial.com

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BLOQUE 3

R etrato Anton von Leeuwenhoek. Nacido en Delft, Holanda, este naturalista observó por primera vez una célula ampliada en su lente. Sus instrumentos le permitieron realizar descubrimientos de gran importancia, como la identificación y catalogación de protozoos, bacterias, infusorios, glóbulos de la sangre, espermatozoides, los ciclos vitales de los insectos, entre otros.

La teoría celular tuvo y tiene una gran importancia, porque nos demuestra que todos los seres vivos tienen algo en común: están formados por unidades similares en estructura y función. Es por ello que la teoría celular es uno de los pilares de la biología que unifica a todos los seres vivos. Actualmente, los avances de la tecnología, el desarrollo de microscopios cada vez más potentes y de técnicas de tinción muy especializadas, nos han permitido descubrir los diferentes organelos que se encuentran dentro de la célula, conocer sus funciones, sus alcances y posibilidades, y no dejamos de asombrarnos por las maravillas que hemos podido descubrir dentro de cada pequeña estructura llamada célula (figura 2). Reconoce la célula como la unidad fundamental de los seres vivos.

Figura 2. Existen diferentes tipos de microscopios modernos, muchos muestran imágenes fluorescentes, algunos utilizan rayos láser y otros más un haz de electrones que puede aumentar la imagen hasta un millón de veces. Estos instrumentos han facilitado el estudio de la célula.



Realiza una línea del tiempo en la que ubiques los acontecimientos relacionados con el descubrimiento de la célula y el desarrollo de la teoría celular. Busca información para complementar la que encuentras en este texto e ilustra tu trabajo. Entrégalo por escrito a tu profesor.


Para tener más información acerca de la célula consulta la página: http://www.youtube.com/watch?v=IKcK29LwY8g&feature=related

Glosario 100

Técnicas de tinción. Métodos para teñir una sustancia microscópica y así lograr visualizarla. st-editorial.com

Tema 1 La célula. Teoría celular

Tema 2 Teorías de la evolución celular

Tema 3

Tema 4

Tipos celulares: procariota y eucariota

Estructura y función de las células procariota y eucariota

Continúa...

Asume el reto Reflexiona acerca de cómo surgió la vida y resuelve lo siguiente:

1. Prepara un caldo de pollo o de res, y déjalo destapado en un lugar tibio durante tres días. 2. Observa si se ha puesto turbio y de ser posible toma una gota de tu caldo y obsérvala al microscopio.

3. Anota tus observaciones y explica el posible origen de los microorganismos que encuentres.

Uno de los postulados de la teoría celular, que hemos revisado en el tema anterior, nos señala que “toda célula proviene de otra célula preexistente”. Esto significa que la vida procede de la vida. Sin embargo, ante esta afirmación, surge la pregunta: ¿Y de dónde surgió la primera célula? ¿Cuál fue el origen de la vida? Estas preguntas han existido en la mente del ser humano desde mucho tiempo atrás. A lo largo de la historia ha habido diversas explicaciones acerca de cómo se formaron los primeros seres vivos. En la época de los griegos, por ejemplo, se pensaba que alguna “fuerza vital” podía animar la materia inerte, dando vida a ranas o lombrices a partir del lodo, y así nació la teoría de la generación espontánea. Esta teoría persistió por cerca de 2 000 años. En la época que se inventó el microscopio, había aún partidarios de esta teoría y se generaron grandes polémicas acerca de si un caldo nutritivo podía transformarse y generar microorganismos por sí mismo o si se contaminaba con microorganismos que venían del aire. st-editorial.com

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BLOQUE 3 Vapor

Cuello de cisne

Líquido o caldo nutritivo

1

2

3

Aspiración de aire

El líquido permanece estéril

El cuello está cortado

Las gotitas de agua retienen las partículas de polvo

Aparición de los microbios 5

4

Figura 3. El experimento de Pasteur consistió en diseñar un matraz de cuello de cisne donde colocó dentro un caldo nutritivo que había hervido hasta esterilizarlo. Al enfriarse el caldo, el aire podía entrar al matraz, pero los microorganismos que venían en él se quedaban atrapados en el cuello del matraz y no lograban llegar al caldo nutritivo, que se mantenía intacto. Y así se ha mantenido por muchos años, lo que demostró de manera definitiva que no hay generación espontánea.

Amoniaco Metano Gases calientes

Atmósfera primitiva hidrógeno

Rayos ultravioleta

Lluvia

Relámpagos

Volcanes Lava

Materia orgánica

Vapor de agua Lagunas someras

Figura 4. Condiciones de la Tierra primitiva.

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Condensación de materia orgánica

Todas estas discusiones quedaron resueltas cuando en 1862 el químico francés Luis Pasteur (1822-1895) demostró con su matraz cuello de cisne que la vida solo proviene de la vida, y que un caldo nutritivo no desarrolla microorganismos a menos que estos penetren desde el aire y se reproduzcan en él (figura 3). Así, la teoría de la generación espontánea, según la cual la fruta, el lodo, la basura o los caldos podían generar por sí solos nueva vida, quedó descartada. A partir de entonces, a finales del siglo xix, dio inicio el desarrollo de las teorías actuales que explican el origen de la vida.

Teoría de la síntesis abiótica o evolución química

Una de las teorías de mayor impacto para explicar el origen de la vida ha sido la del bioquímico ruso Alexandr Ivánovich Oparin (1894-1980), quien en 1924 publicó su libro El origen de la vida. En este libro Oparin desarrolló una hipótesis nueva para resolver este antiguo problema, que consistía en señalar que en la Tierra primitiva (figura 4), recién formada, se habían producido los primeros compuestos químicos y que al combinarse habían dado lugar a un nivel de organización más alto, hasta llegar a la formación de las primeras células vivas. Esta teoría hacía referencia a un proceso llamado evolución molecular, que se había iniciado con moléculas simples y luego había dado lugar a estructuras cada vez más y más complejas. Oparin se basaba en el hecho de que existían evidencias que indicaban que la atmósfera primitiva era muy diferente de la actual, ya que carecía de oxígeno libre y en ella abundaba el hidrógeno (H), el metano (CH4), el amoniaco (NH3), el ácido cianhídrico (HCN), vapor de agua (H2O) y otros más. Se trataba entonces de un ambiente reductor, en el que esos compuestos reaccionaron entre sí gracias a fuentes de energía como los rayos ultravioleta provenientes del Sol, que en ese tiempo entraban en grandes cantidades porque no se había formado la capa de ozono (O3) que actualmente nos protege. Además, también había descargas eléctricas producidas en las tormentas, calor provocado por las erupciones volcánicas, gran cantidad de elementos que producían radioactividad y rayos cósmicos. Todas estas fuentes de energía contribuían a la formación de nuevos compuestos orgánicos y, así, los mares primitivos se fueron inundando de materia orgánica, que a su vez dio lugar, poco tiempo después, a los primeros seres vivos. st-editorial.com


En la ciencia puede suceder que dos personas, en lugares distintos y por la misma época, arriban a conclusiones similares. Tal es el caso de John B. S. Haldane (1892-1964), un biólogo inglés que cuatro años más tarde, sin conocer los trabajos de Oparin, publicó un artículo titulado “El origen de la vida”, donde hacía referencia a la misma idea propuesta por Oparin, en este caso llamando sopa primigenia a los mares repletos de materia orgánica, que fue la materia prima para la aparición de las primeras células.

Experimento de Miller-Urey

La teoría que estableció Oparin era interesante, sin embargo, desde el punto de vista científico, no era suficiente. Era necesario demostrarla de alguna manera para que tuviera validez. Pero ¿cómo demostrar algo que sucedió hace tantos millones de años? Esto no era fácil de resolver. Alrededor de 1953, un joven químico estadounidense, Stanley L. Miller (1930-2007), tuvo la respuesta. Miller era un estudiante que trabajaba bajo la dirección de Harold C. Urey (1893-1981), un científico muy reconocido que ya había ganado el premio Nobel de Química en 1934 y que analizaba la composición de la atmósfera de la Tierra primitiva. Miller ideó un experimento para reconstruir en un matraz las condiciones de la atmósfera de la Tierra de hace millones de años (figura 5), pero su experimento era tan audaz que decidió realizarlo a escondidas por temor a ser criticado. El experimento consistió en lo siguiente: colocó en un matraz una mezcla de metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua; después colocó electrodos que produjeron descargas eléctricas durante una semana, representando las descargas que se producirían durante una tormenta. ¡El resultado fue sorprendente! Obtuvo una mezcla de aminoácidos, que son los componentes de las proteínas de los seres vivos. También encontró ácidos grasos, urea y otros compuestos orgánicos de alto peso molecular. De esta manera, Miller demostró que los componentes de los seres vivos sí podrían haberse formado de la manera en que lo proponían Oparin y Haldane. Después del experimento de Miller, hubo otros investigadores que repitieron la experiencia, utilizando fuentes de energía como los rayos uv, radiaciones y calor. Así se obtuvieron los componentes de lípidos, carbohidratos y de ácidos nucleicos. Miller, junto con Urey, se volvió uno de los científicos más célebres del siglo.

Gases

Agua Amoniaco Metano Hidrógeno

Agua hirviendo

Descarga eléctrica

Agua con aminoácidos disueltos

Figura 5. Esquema del experimento de Miller.

Reacciones de condensación

Se había demostrado que los monómeros que forman los compuestos biológicos se podrían haber formado bajo las condiciones de la atmósfera primitiva. Pero surgía la pregunta de cómo se podrían haber unido esos monómeros para dar lugar a polímeros, es decir, a moléculas grandes como las proteínas, los polisacáridos y los ácidos nucleicos. Las reacciones de condensación donde se unen, por ejemplo, los aminoácidos para formar una proteína, implican la eliminación de una molécula de agua por cada enlace que se forma. Es evidente que este tipo de reacciones difícilmente podrían darse en el agua, así que se ha propuesto que estas se llevaran a cabo en las orillas de los mares, en los charcos, donde había arcilla y el agua se evaporaba. Otra hipótesis, sustentada inicialmente por el bioquímico estadounidense Sydney W. Fox (1912-1998) y sus colaboradores, propone que bajo condiciones de altas temperaturas se produce la polimerización espontánea de aminoácidos en compuestos proteinoides, por lo que las zonas volcánicas también pudieron haber sido favorables para la formación de biomoléculas complejas.

Sistemas precelulares

En los mares primitivos el oleaje arrastraba las biomoléculas formadas, con lo que se acumulaba materia orgánica: lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos; esas moléculas interactuaban entre sí y formaban pequeñas gotas en las que el medio interno quedaba aislado del externo, de modo que algunos componentes de la “sopa primitiva” quedaban atrapados dentro de esos sistemas precelulares. Estas gotitas tenían periodos de duración variables y algunas pudieron durar lo suficiente para permitir que los componentes de su interior reaccionaran y comenzaran a tener procesos de metabolismo y reproducción muy sencillos. st-editorial.com

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BLOQUE 3

Para demostrar experimentalmente la formación de estos sistemas precelulares, Oparin mezcló soluciones de proteínas y carbohidratos de alto peso molecular y obtuvo coacervados, estructuras parecidas a pequeñas células. Por su parte, Sidney Fox, al calentar mezclas de aminoácidos en una solución salina, obtuvo el modelo de las microesférulas proteicas, las cuales se ven como esferas limitadas por una membrana simple o doble. Todas estas estructuras o sistemas precelulares se pueden obtener fácilmente en el laboratorio; pero, desde luego, no podríamos decir que al hacerlo estamos creando vida. ¿Cuándo surgió la primera célula viva? Los sistemas precelulares o protobiontes aún no eran seres vivos. Fue con el tiempo que la selección natural actuó en ellos. Los que eran más estables, es decir que lograron intercambiar materia y energía con el medio externo, perduraron y algunos desarrollaron un metabolismo rudimentario, lo que les permitía captar energía para realizar procesos energéticos como la fotosíntesis y la respiración. Durante uno o dos millones de años se fue perfeccionando este proceso de evolución química, hasta que se formaron estructuras capaces de autoconservarse, autorregularse y autorreproducirse, las cuales podemos llamar eubiontes o células primitivas. La vida se había formado tras un largo proceso de evolución molecular.

Teoría de la panspermia

Previo a la teoría de Oparin, en 1908, el químico sueco Svante Arrhenius (1859-1927) propuso que la vida había llegado a la Tierra del espacio exterior, por medio de esporas resistentes al calor y a las radiaciones cósmicas. Esta teoría tiene como objeción principal el hecho de que no resuelve el problema del origen de la vida porque simplemente lo traslada a otro sitio del universo, y nos conduce a preguntarnos cómo surgió la vida en el sitio de donde provenía la espora. Por otra parte, se tienen en duda las posibilidades de que una espora pudiera resistir las altas temperaturas que se generan cuando un meteorito entra a la atmósfera y se incendia. Actualmente, se han retomado algunos aspectos de esta teoría, si bien se sigue poniendo en duda la propuesta de que la vida haya llegado como tal a nuestro planeta, en forma de una espora o bacteria extraterrestre: • En primer lugar, se ha propuesto la hipótesis de que los compuestos orgánicos de la “sopa primitiva” que dieron lugar a los primeros seres vivos no solo se formaron en los océanos, sino que también pudieron haber sido el resultado de procesos prebióticos que se llevaron a cabo en la superficie de los cometas, en meteoritos o en el polvo interestelar, y que esas moléculas llegaron a la Tierra a través de meteoritos que cayeron en su superficie. Esta hipótesis se basa en el análisis de meteoritos; por ejemplo, de uno que cayó en 1864 en Origueil, cerca de Mountauban, Francia, y que fue analizado en 1963 por I. R. Kaplan. El análisis indicó la presencia de seis tipos de aminoácidos diferentes y dos de las bases nitrogenadas del adn. Experimentos posteriores demostraron, sin lugar a dudas, que el meteorito no estaba contaminado por material terrestre. Después de este descubrimiento, algunos astrónomos y astroquímicos se han dedicado a la búsqueda de materia orgánica en otras partes del espacio exterior y han encontrado que en las nubes de polvo interestelar y en los cometas también hay concentraciones de materia orgánica, principalmente aminoácidos y bases nitrogenadas. Estos hallazgos se han basado en el análisis de la luz proveniente de estrellas lejanas. De esta manera, se plantea la propuesta de que los materiales que formaron la “sopa primitiva” pudieron haber tenido un origen tanto terrestre como de fuera del planeta, a través de la contribución de materia orgánica extraterrestre. • Por otra parte, el análisis del meteorito marciano, conocido como ALH84001, aparentemente ha sugerido la existencia de fósiles diminutos, de 4 500 millones de años. Si son microfósiles o no, sigue en discusión, ya que se ha planteado la objeción de que su tamaño es inverosímilmente pequeño –del orden del millonésimo de milímetro– y resultan diez veces menores que las bacterias más diminutas que la ciencia conoce. Además se plantea la posibilidad de que se haya contaminado con materia orgánica terrestre. 104

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Sin embargo, estos resultados han vuelto a dar interés a la teoría de la panspermia, y se ha iniciado la búsqueda de vida microbiana en meteoritos, aquí en la Tierra y a través de las misiones espaciales que han incursionado en diversos planetas y satélites fuera de ella, aunque cabe mencionar que hasta la fecha no se ha encontrado ningún indicio, comprobado científicamente, de vida extraterrestre (figura 6).

Hipótesis hidrotermal

Se ha planteado también la posibilidad de que las primeras moléculas orgánicas y los primeros seres vivos se hayan formado en las chimeneas hidrotermales que se encuentran en el fondo de los océanos (figura 7). Esta hipótesis se basa en los hallazgos de bacterias que viven cerca de chimeneas volcánicas submarinas donde hay temperaturas de hasta 650°C. Estos microorganismos se nutren a base de metano y sulfuro de hidrógeno y presentan un metabolismo primitivo y especial; se piensa que pudieron haberse originado en esos ambientes extremos. En realidad, la hipótesis hidrotermal se basa en la teoría de Oparin, y difiere de esta en cuanto a las fuentes de energía para la formación de los primeros componentes de las células. Mientras que Oparin señala a las radiaciones uv y las descargas eléctricas como principales fuentes de energía, la hipótesis hidrotermal se basa en la energía geotérmica presente en los manantiales termales submarinos. Algunos aspectos a favor de esta hipótesis señalan que las altas presiones que hay en el fondo del mar favorecen la formación de compuestos químicos; por otra parte, dentro de las chimeneas podrían concentrarse las biomoléculas que se fueran formando y así no se encontrarían dispersas en la inmensidad del mar. También se señala que la profundidad de los mares proporcionaba protección contra las condiciones adversas de esa etapa, como el exceso de radiaciones ultravioleta que podrían haber destruido los primeros intentos de célula que se fueran formando. En la actualidad, un buen número de científicos está trabajando para buscar más evidencias a favor de la hipótesis hidrotermal, que ha tenido cada vez mayor aceptación. En especial se están buscando organismos muy simples, que vivan en estos ambientes, para darnos una idea de cómo pudieron haber sido las primeras células vivas.

Figura 6. A pesar de que se han enviado numerosas sondas espaciales en busca de vida fuera de nuestro planeta, hasta ahora ninguna ha encontrado vida extraterrestre.

Mundo del arn

Otra de las contribuciones a las teorías del origen de la vida en la actualidad es que se ha considerado que la molécula de arn debe haber sido la que formó a los primeros genes, ya que es la única molécula capaz de desempeñar tres tareas necesarias para la vida: duplicarse a sí misma, contener la información genética y llevar a cabo la síntesis de proteínas. Se habla entonces del “mundo del arn”, que fue previo a la aparición de la molécula del adn, que ahora todos identificamos como la molécula de la herencia. Desarrolla competencias

actividad grupal

Figura 7. Se piensa que las chimeneas hidrotermales posiblemente favorecieron el origen de las primeras formas de vida.


1. Elaboren, organizados en equipos de cuatro integrantes, un mapa mental ilustrado para explicar cada una de las teorías del origen de la vida que aquí se mencionan.

2. Participen de manera activa en un debate en el que se analice la validez de las diferentes teorías sobre el origen de la vida. Puede asignarse a cada equipo la defensa de una teoría.



I. Realiza una investigación en Internet o en otras fuentes acerca de los siguientes aspectos: 1. ¿Qué estudia la exobiología? 2. ¿ Qué sondas espaciales se han enviado recientemente al espacio y a qué lugares del sistema solar han llegado?

II. Elabora un informe escrito de tu investigación y coméntala en clase. st-editorial.com

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Tema 2 Teorías de la evolución celular

Tema 3

Tema 4

Tema 5



Células eucariotas: vegetal y animal. Procesos celulares

Asume el reto Investiga qué tipo de organismos unicelulares viven en los pantanos y su importancia para el equilibrio ecológico. Elabora un informe escrito de tu investigación.

Diversas evidencias señalan que los organismos unicelulares fueron los primeros en formarse en los mares de la Tierra primitiva y que eran organismos del tipo de las bacterias, muy sencillos, que realizaban procesos de fermentación en el fondo de charcos y lagos. En la actualidad, organismos similares a aquellos organismos primitivos subsisten en diversos ambientes, en mares, lagos, en la tierra, y forman parte importante de la biodiversidad de nuestro planeta.

Célula procariótica

Las células procarióticas son las más primitivas (pro, antes; karion, núcleo). De acuerdo con los registros fósiles, se calcula que aparecieron hace unos 3 800 millones de años. En la actualidad, las bacterias y arqueobacterias son las representantes de este tipo celular. Su tamaño es muy pequeño, generalmente de una micra de ancho y no pasa de unas cinco micras de largo. 106

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Una de las características más distintivas de las células procariontes es que poseen una molécula de adn circular llamada cromosoma bacteriano, que se encuentra libre en el citoplasma, en una zona llamada nucleoide. Es decir, este tipo de células carece de un núcleo propiamente dicho, así como de los organelos característicos de células más evolucionadas. Casi todas contienen una pared celular relativamente rígida que le da forma y protección a la célula. Dicha pared es permeable y con frecuencia está recubierta en su parte externa por polisacáridos pegajosos que ayudan a la célula a adherirse a las superficies donde viven, ya sean rocas, objetos u otros seres vivos. En algunas ocasiones, también pueden contener una cápsula gruesa y gelatinosa formada por polisacáridos o proteínas; esta cápsula las protege de los sistemas de defensa de los organismos y las hace más peligrosas, pues les permite provocar severas infecciones. En las células procariontes hay una membrana plasmática que regula la entrada y salida de sustancias, y también participa en algunas de las reacciones metabólicas al servir como soporte a enzimas y proteínas involucradas en diversos procesos, como la fotosíntesis o la respiración. En el citoplasma bacteriano se advierte la presencia de pequeños ribosomas, que son las unidades productoras de proteínas, y una serie de sustancias como las enzimas, que realizan los procesos del metabolismo celular. Algunas de las células bacterianas (figura 8) contienen flagelos, que les permiten desplazarse y están compuestos por la proteína flagelina. Algunas bacterias también poseen pequeñas vellosidades, llamadas pilus o fimbrias, que les ayudan a fijarse en la superficie apropiada. A pesar de su aparente simplicidad, los organismos procariontes han tenido gran éxito adaptativo, ya que han persistido a través del tiempo e invadido todos los ambientes: agua, aire, tierra, mares, lagunas saladas, ambientes extremos, o bien, el interior de otros organismos con los que conviven y a los que no necesariamente perjudican. Algunos son fotosintéticos, otros se nutren de los demás; se les encuentra en todas partes. Las bacterias, como veremos más adelante, tienen una gran importancia en el reciclaje de materia orgánica del medio ambiente, son descomponedoras y de esta manera contribuyen al equilibrio ecológico que favorece el desarrollo armónico de los seres vivos en su medio ambiente.

Pared bacteriana Cápsula

Célula eucariótica

En algún momento, hace tal vez unos 1 700 millones de años, las células primitivas o procariontes evolucionaron y dieron lugar a células más complejas, a las que llamamos eucariontes. Estas, al principio, fueron seres unicelulares, los protistas, que aún podemos observar en las aguas de charcos, mares y lagunas; pero después llegaron a asociarse y a formar organismos pluricelulares, como los hongos, las plantas y los animales. La característica más notable de las células eucarióticas es que ya tienen su material genético –el adn– envuelto dentro de una membrana, es decir, tienen un núcleo, como su nombre lo indica (eu, verdadero; karion, núcleo). Además, son mucho más grandes: miden de 10 a 100 micras de diámetro, hasta 100 veces más que una bacteria. Figura 8. Célula bacteriana. En este caso, el adn se encuentra asociado a otras biomoléculas, como las proteínas, y forma grandes complejos moleculares que se observan como cromosomas en forma lineal. Las células eucariontes presentan un mayor grado de complejidad, al tener compartimentos internos especializados en realizar determinadas funciones, a los que se conoce como organelos. El citoplasma contiene gran cantidad de enzimas, sustancias disueltas y una red organizada de filamentos de proteínas llamada citoesqueleto. Nucleoide. Región del citoplasma de la célula bacteriana donde se encuentra su cromosoma. Cromosoma. Estructura celular que contiene al adn. st-editorial.com

Membrana plasmática Ribosomas

Nucleoide Flagelo

Glosario 107

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Las células eucariontes, al igual que las procariontes, tienen una membrana plasmática que las delimita y que controla la entrada y salida de sustancias. En algunas también existe una pared celular, por ejemplo, en las células vegetales y en

las de los hongos, sin embargo, su composición química es diferente de la de las bacterias. Lo mismo sucede con los flagelos, que se presentan en algunas células eucarióticas pero que poseen una composición química completamente diferente de la de los flagelos bacterianos. Algunos de los organelos que están presentes en las células eucarióticas son: retículo endoplásmico, vacuolas, lisosomas y aparato de Golgi, ribosomas, cloroplastos y mitocondrias, que juegan un papel muy importante en los procesos metabólicos de la célula. En el infográfico 1 (p. 112) puedes apreciar la ubicación de los distintos organelos de las células eucarióticas, tanto de la célula vegetal, como de la célula animal. Veamos ahora en el cuadro 1, a modo de resumen, las diferencias y semejanzas entre las células procarióticas y las eucarióticas que hemos estudiado hasta el momento. Puedes ver las características de cada una, de acuerdo a los organismos en que se encuentran, su tipo de organización, el tamaño de sus células, entre otros aspectos. CUADRO 1. CARACTERÍSTICAS DE CÉLULAS PROCARIONTES Y EUCARIONTES Características

Células procariontes

Células eucariontes

Organismos

Bacterias, arqueobacterias.

Protistas, hongos, plantas y animales.

Organización

Organismos unicelulares.

Organismos unicelulares y pluricelulares.

Tamaño de las células

1 a 5 micras.

10 a 100 micras.

Superficie celular

Membrana y pared celular. En algunas, cápsula gelatinosa.

Membrana celular. En algunas, pared celular.

Citoplasma

Sin citoesqueleto.

Con citoesqueleto.

Organelos

Solo ribosomas.

Ribosomas, mitocondrias, vacuolas, cloroplastos, lisosomas, aparato de Golgi y otros más.

adn

Un solo cromosoma circular y “desnudo”, es decir, sin proteínas.

Cromosomas en forma lineal, combinados con proteínas.

Núcleo

Ausente.

Presente.


actividad grupal


1. Organizados en equipos de cuatro integrantes y con base en el cuadro anterior, elaboren un esquema en una hoja de rotafolio que represente de manera sencilla las células procariota y eucariota. 2. Señalen en su esquema los componentes básicos y las diferencias estructurales entre ambos tipos de células. 3. Expliquen oralmente el esquema a su profesor.

Evolución de procariontes a eucariontes Las células eucariontes evolucionaron probablemente a partir de las procariontes, ya que son similares en sus procesos bioquímicos y en las moléculas que las conforman. El proceso de la formación de los distintos organelos ha sido motivo de investigaciones que dieron por resultado diversas hipótesis, de las cuales dos han sido las más aceptadas y se pueden combinar para explicar el origen de las células eucarióticas. 108

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Hipótesis del plegamiento de membrana En primer lugar, la hipótesis del plegamiento de membrana, o de la endocitosis (figura 9), propone que, por algunas mutaciones que ocurrieron en las células primitivas, su membrana plasmática creció y se dobló hacia dentro hasta formar invaginaciones que rodeaban partes internas de la célula, como las moléculas de adn, y estos dobleces o invaginaciones después se convirtieron en organelos, como el núcleo. Este mecanismo pudo originar también otros organelos derivados de la membrana, tales como retículo endoplásmico, lisosomas, vacuolas y aparato de Golgi.

Figura 9. Teoría de la endocitosis.

Hipótesis de la endosimbiosis

La hipótesis de la endosimbiosis (figura 10), por su parte, nos explica el posible origen de las mitocondrias y cloroplastos, organelos de gran importancia en la célula, ya que son los que se encargan de captar y liberar energía. Esta hipótesis propone que en los mares primitivos pudo suceder que un procarionte más pequeño fuera engullido por otro más grande y, en vez de ser digerido, se quedara a vivir dentro de la célula, estableciendo, de esta manera, una relación de simbiosis en la que los dos organismos se asociaron y se ayudaron a sobrevivir mutuamente. Según esta hipótesis, propuesta por la bióloga Lynn Margulis (1938) en 1968, la célula pequeña, que se quedó dentro del otro organismo, era capaz de realizar una respiración aeróbica de manera más eficiente y se convirtió, después de muchas generaciones, en una mitocondria, organelo que en las células eucariontes se encarga de la respiración y obtención de energía de los alimentos. Igualmente se pudo haber llevado a cabo la fusión de una célula grande que se alimentaba de materia orgánica, con una célula más pequeña que efectuaba la fotosíntesis. Posteriormente, la célula más grande se especializó en adquirir materiales inorgánicos y la pequeña se convirtió en un cloroplasto. Así nacieron las primeras células vegetales. Las pruebas que Margulis ha encontrado para dar soporte a su teoría se basan en las similitudes entre las mitocondrias y los cloroplatos con las bacterias actuales: • Poseen el mismo tamaño. • Tienen su propio adn en forma de cadena circular. • Tienen sus propios ribosomas parecidos a los de las bacterias. • Las mitocondrias y los cloroplastos crecen, duplican su adn y se dividen independientemente del resto de la célula.

Bacteria aerobia

Mitocondria

Figura 10. Teoría endosimbiótica.

Lynn Margulis sigue trabajando en la actualidad para fortalecer la hipótesis que ha propuesto, y muchos investigadores están de acuerdo con su propuesta. Aunque esta se puede complementar, como ya lo hemos mencionado, con la teoría del plegamiento de membrana para explicar el origen del núcleo en las células eucariontes. Endocitosis. Proceso por el cual una célula introduce moléculas, doblando parte de su membrana hacia adentro. Invaginaciones. Curvas que hace la membrana hacia el interior formando una pequeña cavidad o hueco. Endosimbiosis. Asociación biológica en la que un microroganismo vive dentro de otro. st-editorial.com

Glosario

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Responde las preguntas a partir de la siguiente afirmación: Una especie de organismo unicelular, el Paramecium, alberga una población permanente de algas unicelulares que llevan a cabo fotosíntesis dentro de él.

1. ¿A qué teoría da apoyo este fenómeno?

2. ¿En qué organelos se podrían convertir las algas al cabo de miles de generaciones?



Correlaciona las columnas.

1.

Estructura presente tanto en células eucarióticas, como en procarióticas.

2.

Proceso por el cual se propone que se formaron las células eucarióticas.

3. 4. 5.

Forma del adn en una célula bacteriana. Organelo que se originó probablemente por endosimbiosis.

a. Núcleo b. Lineal c. Endosimbiosis d. Ribosoma e. Cloroplasto f. Circular

Estructura que se originó probablemente por plegamiento de membrana.

Práctica de laboratorio Puedes repasar el contenido estudiado en este tema en la práctica de laboratorio “Tipos de células procariontes y eucariontes”, que se encuentra en la Sección final (p. 214). Elabora un reporte de tu actividad experimental.

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Tema 3

Tema 4

Tema 5




Asume el reto Uno de los órganos más preciados del ser humano es el cerebro, que nos permite, entre otras cosas, pensar, razonar, crear e imaginar. Investiga las formas que pueden tener las neuronas, que son las células del cerebro, y cuáles son los componentes que hay dentro de cada una de ellas. Lleva a tu clase la información consultada, con dibujos o imágenes de este tipo de células.

Como has podido investigar, las neuronas son células fascinantes en cuanto a la diversidad de formas que presentan de acuerdo a su función. Este tipo de células, al igual que todas las de nuestro organismo, son eucarióticas, así que contienen núcleo y diversos organelos, producto de los procesos de evolución celular. Cada célula de los organismos vivos, de acuerdo a las funciones que realiza, contiene una diversidad de componentes, que le permiten cumplir eficientemente su trabajo. Para estudiar la célula es necesario primero identificar cuáles son esos componentes. st-editorial.com

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Estructura de las células animal y vegetal Con el fin de ubicar los distintos organelos de una célula y conocer su forma, te presentamos el esquema de una célula imaginaria con todas las estructuras posibles de una célula animal y otro de una célula vegetal. En la realidad, no existen células como estas, ya que, como veremos más adelante, en cada célula predominan determinados organelos o estructuras y están ausentes otros, de acuerdo a las funciones específicas que desempeñe.

b c

Esquema de una célula animal 1. Núcleo a. Cubierta nuclear b. Nucleolo c. adn + nucleoplasma 2. Vacuola 3. Lisosoma 4. Retículo endoplásmico rugoso 5. Aparato de Golgi 6. Par de centriolos 7. Vesícula 8. Retículo endoplásmico liso 9. Mitocondria 10. Microfilamentos (componentes del citoesqueleto) 11. Microtúbulos (componentes del citoesqueleto) 12. Componentes del citoesqueleto 13. Membrana plasmática 14. Ribosomas (unidos al RE rugoso y libres en el citoplasma)

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Esquema de una célula vegetal 1. Núcleo a. Nucleolo b. adn + nucleoplasma c. Cubierta nuclear 2. Retículo endoplásmico liso 3. Retículo endoplásmico rugoso 4. Ribosomas (unidos al RE rugoso) 5. Pared celular 6. Membrana plasmática 7. Aparato de Golgi 8. Vesícula 9. Cloroplastos 10. Microfilamentos (componentes del citoesqueleto) 11. Mitocondria 12. Ribosomas (libres en el citoplasma) 13. Microtúbulos (componentes del citoesqueleto) 14. Vacuola central

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1. Observa en el infográfico 1 los organelos que forman parte de las células vegetales y animales. Anota una √ si el organelo está presente y una X si está ausente. Organelo

Célula animal

Célula vegetal

Pared celular Membrana plasmática Núcleo Nucleolo Ribosoma Retículo endoplásmico liso Retículo endoplásmico rugoso Aparato de Golgi Vacuolas y vesículas Lisosomas Mitocondrias Cloroplastos Citoesqueleto Centriolos

2. Considerando los organelos presentes en cada tipo celular, anota las diferencias entre una célula vegetal y una célula animal.

Como has podido observar, existe una diversidad de organelos y estructuras en las células. Las primeras que pudieron observarse con los microscopios ópticos fueron la membrana, el citoplasma y el núcleo. Membrana plasmática. Estructura que envuelve a la célula, como una pequeña bolsa llena de poros para dejar pasar algunas sustancias, es por tanto semipermeable. En el caso de las células vegetales, y también en las de los hongos, existe por encima de la membrana celular una pared celular, que no se encuentra presente en las células animales. La pared celular de las células vegetales está formada esencialmente por celulosa, que es un carbohidrato, y por pectina, que es una proteína. Su función es proteger y dar apoyo a la célula. En los hongos la composición de la pared celular es diferente, ya que contienen otro carbohidrato llamado quitina. Citoplasma o matriz citoplasmática. Fluido que se encuentra entre la membrana plasmática y el núcleo. Está formada por una fase acuosa o hialoplasma, el citoesqueleto y los organelos o componentes celulares. El hialoplasma o citosol contiene 85% de agua y gran cantidad de moléculas necesarias para el funcionamiento de la célula. Estas moléculas son proteínas, lípidos y ácidos nucleicos del tipo del arn. Se encuentra en estado coloidal, similar al de un gel, de manera que sus componentes están en constante movimiento browniano, lo que favorece la distribución y difusión de sustancias. Movimiento browniano. Movimiento aleatorio de algunas partículas microscópicas que se encuentran en un medio fluido. st-editorial.com

Glosario 113

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Núcleo. Estructura más notoria en las células eucariontes, es decir, en las células de

hongos, plantas, animales y protistas; es el centro que dirige las actividades de la célula. Ocupa aproximadamente 10% del volumen celular y puede ser observada a través de un microscopio óptico. Organelos. La mayoría de los organelos celulares están relacionados con la membrana, algunos son derivados de esta, y otros son pequeñas bolsas envueltas por una membrana, la cual puede ser sencilla o doble. Los organelos derivados de la membrana son el retículo endoplásmico liso y el rugoso, así como el aparato de Golgi. Los organelos con membrana, con forma de pequeñas bolsitas dentro de la célula, son los lisosomas, vacuolas y vesículas. Existen también algunos organelos con doble membrana, las mitocondrias y los cloroplastos, que como ya hemos mencionado, probablemente se originaron por procesos de endosimbiosis. Los organelos sin membrana son los pequeños ribosomas, que se ubican en el retículo endoplásmico, y el citoesqueleto. Citoesqueleto. El término citoesqueleto nos lleva a pensar en huesos, ¿no es así? Pues la célula tiene un esqueleto que la sostiene, pero no está formado por huesos, sino por una red prácticamente invisible de fibras muy delgadas. Más adelante estudiaremos a fondo sus características. Es importante señalar que todos los componentes de la célula trabajan en armonía; cuando algún factor externo los altera, se pueden producir enfermedades, cambios fisiológicos o hasta la muerte. Desarrolla competencias

actividad grupal


Reunidos en parejas, elaboren un mapa conceptual donde clasifiquen las diferentes partes de una célula.

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Lee Los secretos de la cocaína en la neurona Aumenta la euforia, desaparece la fatiga, se dilatan las pupilas... Aunque los efectos inmediatos de la cocaína son bien conocidos, poco se sabe de cómo funcionan esta y otras drogas a un nivel mucho más íntimo: en la célula. Un estudio publicado en la revista Science aporta las primeras pistas sobre sus efectos en las neuronas. Poco se sabía hasta el momento del funcionamiento de esta droga en las células nerviosas. Se habían identificado algunas regiones cerebrales afectadas y se había visto que determinadas zonas se activan con su consumo, “pero su efecto a nivel más íntimo es algo que no se conocía”, explica Rafael Luján, profesor titular del Departamento de Ciencias Médicas de la Universidad de Castilla-La Mancha y uno de los firmantes del trabajo. Investigadores del departamento de Neurociencia Básica de la Universidad

de Ginebra (Suiza), en colaboración con Luján, pusieron sus miras en ampa, unos de los más comunes del sistema nervioso, presentes en muchas zonas cerebrales y claves en el “diálogo” o comunicación entre las neuronas (sinapsis). “Todas las neuronas tienen algún receptor de glutamato [entre los que se encuentran las proteínas que forman los ampa]. Muchas patologías del sistema nervioso, como el Parkinson o la epilepsia, están relacionadas con una alteración en estos receptores, así que también cabría esperar que los procesos de adicción estuviesen relacionados con ellos”, explica Luján. Al inyectar cocaína en los cerebros de roedores, en concreto en una región cerebral relacionada con las adicciones, los investigadores vieron que los receptores ampa cambiaban. Habitualmente, estos receptores están formados por cuatro

proteínas, que se agrupan en la superficie de la neurona formando un poro que regula el paso de diferentes sustancias, como iones de calcio. El trabajo de Science ha visto que, al inyectar cocaína, una de las proteínas que forma el receptor ampa (llamada GluR2) se “esfuma”. “La GluR2 se redistribuye hacia compartimentos intracelulares”, aclara el artículo de Science. Entonces, “las características funcionales del receptor cambian totalmente”, resume Luján, y el canal deficiente deja pasar más calcio. De este modo, ha quedado al descubierto uno de los efectos moleculares de esta droga: aumenta la cantidad de calcio en la célula. Este aumento “produce una serie de cambios celulares que son los que, posiblemente, intervengan en el proceso de adicción”, aclara el investigador español.

Fuente: Isabel Espiño. En: www.elmundo.es/elmundosalud/2007/07/26/ biociencia/1185461068.html Responde en tu cuaderno las siguientes preguntas, a partir de la lectura anterior.

1. Cuando una persona se droga, ¿qué tipo de células son las más afectadas? 2. ¿Para qué sirven los receptores ampa? 3. ¿Qué enfermedades se pueden presentar cuando se alteran esos receptores? 4. ¿Qué elemento químico aumenta en las neuronas cuando se les inyecta cocaína? 5. En tu opinión, ¿qué importancia tiene este tipo de investigaciones?



1. Elabora un modelo que represente a la célula y preséntalo en forma de maqueta. Utiliza para su elaboración productos alimenticios: frutas, dulces, gelatinas, pasteles, pizza, en fin… pon en juego tu creatividad. 2. Explica la ubicación de cada organelo a tus compañeros. 3. Cuando termines la explicación, puedes proceder a comer tu célula, de esta manera no generarás basura que incremente los problemas ambientales.

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Tema 4

Tema 5



Asume el reto Realiza el siguiente experimento.

1. En tu casa, coloca una rebanada de lechuga en agua con sal y otra en agua pura.

Déjalas en reposo por la noche y a la mañana siguiente llévalas en recipientes separados a tu clase. 2. Observa las diferencias entre ellas, y comenta con tus compañeros algunas hipótesis para explicar estas diferencias. 3. Relaciona tus hipótesis con las formas de transporte a través de la membrana celular.

En el tema anterior ya hemos ubicado los diferentes componentes celulares. Conozcamos ahora sus funciones y la importancia de cada uno de ellos para el desarrollo de los procesos biológicos y las actividades de los seres vivos, entre ellos el ser humano. Más adelante también hallarás la respuesta a los resultados del experimento que has hecho con tu lechuga.

Membrana celular, transporte de sustancias y comunicación celular

La membrana celular (figura 11), también llamada plasmática, es una delgada capa que solo tiene dos moléculas de ancho y unos 3 a 4 nm de espesor; sin embargo, tiene una importancia crucial en el desarrollo de los procesos de la vida, tanta, que si su estructura se destruye o se altera, la célula pierde su funcionalidad. 116

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Se puede decir que la carta de presentación de una célula se encuentra en su membrana plasmática. De ella depende que sea reconocida como propia o extraña, que se adhiera a otras células en la formación de un tejido, que se comunique con otras células a través de canales especiales y que realice el intercambio de materiales. En cuanto a su estructura química, la membrana celular contiene tres componentes principales: Fosfolípidos. Forman una bicapa, o sea, una doble capa. Como recordarás, los fosfolípidos tienen una cabeza hidrófila y dos colas hidrófobas. Las dos capas de fosfolípidos se sitúan con las cabezas hacia fuera y las colas enfrentadas hacia dentro. Es decir, los grupos hidrófilos se dirigen hacia el agua, hacia el interior y el exterior de la célula, mientras que la parte media de la membrana tiene consistencia grasosa. Proteínas. Se encuentran insertadas en la membrana y se acomodan de diversas formas. Algunas son transmembranales o integrales porque atraviesan toda la membrana, y otras, las periféricas, solo se encuentran en una de las superficies, ya sea hacia adentro o hacia fuera, y están parcialmente sumergidas en la membrana. La función de las proteínas de membrana es la de transportar moléculas; algunas son receptoras de señales moleculares o participan en la comunicación celular. Carbohidratos. Existen algunos carbohidratos sobre la superficie externa de la célula, llamados glucolípidos y glucoproteínas, los cuales sirven para darle identidad a la célula, de manera que cada tipo celular, en cada individuo, tiene ciertas glucoproteínas específicas (algo así como su tarjeta de identificación). Por ejemplo, el tipo de sangre y los problemas de rechazo de un injerto o trasplante se deben a este tipo de moléculas que son muy específicas para cada persona. Los componentes de la membrana pueden moverse en ella, dada la fluidez de los lípidos que la forman. Una proteína de membrana puede desplazarse en la superficie y cambiar su ubicación. Por eso, el modelo que representa a la membrana celular se conoce como modelo del mosaico fluido.

Transporte a través de la membrana

La función primordial de la membrana es definir los límites de la célula, y separar el contenido interno del medio extracelular, así como llevar a cabo el intercambio de materiales con el medio extracelular, de acuerdo con sus requerimientos específicos. Para el intercambio de materiales, la célula lleva a cabo diversas formas de transporte. Las más importantes son: st-editorial.com

Carbohidrato

Gluco-proteína Colesterol

Bicapa de fosfolípidos

Proteína de transporte

Figura 11. Membrana celular.

Transporte pasivo. Se lleva a cabo a favor del gra-

diente de concentración, es decir, de donde hay más adonde hay menos de alguna sustancia. El movimiento puede ser hacia el interior de la membrana o hacia fuera, y no requiere de un gasto de energía por parte de la célula. Un ejemplo de este proceso se lleva a cabo cuando los glóbulos rojos se encuentran en los pulmones, donde hay una alta concentración de oxígeno y este penetra a través de la membrana, de manera que los glóbulos rojos se llenan de oxígeno. En cambio, cuando la sangre llega a los demás tejidos del cuerpo, donde hay poco oxígeno, este tiende a salir de los glóbulos rojos y se incorpora en las células. A este tipo de transporte se le conoce como difusión. Otra forma de transporte en la célula es la ósmosis, que es el paso del agua a través de la membrana celular. El agua va a tener la tendencia a pasar de donde hay más a donde hay menos. Así pueden presentarse tres posibilidades en el medio que rodea a una célula: • Medio hipotónico: afuera de la célula hay mucha agua y poco soluto, el medio está muy diluido, así que las moléculas del agua tienden a entrar a la célula y esta se hincha. A este fenómeno se le conoce como turgencia. • Medio hipertónico: el medio externo a la célula está altamente concentrado en solutos, y hay menos agua afuera que adentro, así que el agua de adentro de la célula tiende a salir. La célula se contrae, se dice que sufre el fenómeno de plasmólisis. Esto fue lo que le sucedió a las células de tu lechuga que sumergiste en agua salada, que se hicieron pequeñas porque perdieron agua y eso las hizo perder su forma y volverse blanda. 117

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• Medio isotónico: el medio externo e interno tienen la misma concentración de sales, por lo que no hay flujo neto de agua hacia ninguno de los dos lados de la membrana. Transporte activo. Se lleva a cabo en contra del gradiente de concentración, es decir, es como remar en un río en dirección opuesta a la corriente. Hay materiales que escasean en el medio extracelular y que se requiere que entren a la célula aun cuando haya alta concentración de ellos en el medio intracelular. En este caso, las proteínas de la membrana participan de manera activa al atrapar y transportar las moléculas al interior de la célula. Aquí se requiere de un gasto de energía, por lo que este proceso solo puede llevarse a cabo en una célula viva. Las proteínas transportadoras en este caso se conocen como bombas. Una de las más conocidas es la bomba de sodio y potasio.

Comunicación celular

Otra función importante de la membrana celular es la comunicación celular, la cual se lleva a cabo a través de canales especiales. Los procesos de comunicación celular se realizan por medio de mensajeros moleculares, tales como las hormonas o las sustancias llamadas neurotransmisores, que son producidas por las células nerviosas. Estos neurotransmisores pueden ser inhibidos por la acción de algunas drogas, las cuales modifican la conducción nerviosa y actúan como estimulantes o como depresoras. El paso de sustancias a través de la membrana celular, ya sea por transporte activo o pasivo, es responsable de la conducción eléctrica del impulso nervioso entre las neuronas del cerebro o en la unión entre neuronas y los músculos del cuerpo, de manera que, por ejemplo, para poder patear un balón de futbol es necesario el funcionamiento adecuado de las membranas celulares de nuestras neuronas y de las células musculares de la pierna.




Responde las siguientes preguntas.

1. Las células de las raíces de las plantas absorben los minerales del suelo, ¿qué tipo de transporte utilizan cuando absorben iones, como el potasio, que se encuentra en menor cantidad en la tierra que en el interior de la célula de la raíz? ¿Por qué?

2. Cuando te tomas un jugo de naranja, los azúcares que contiene llegan a tu sangre, con lo que circula una alta concentración de glucosa que llega a tus tejidos. ¿Qué tipo de transporte se realiza para que esa glucosa entre a tus células? ¿Por qué?

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Núcleo o nucleoide como centro de información y reproducción de la célula

El núcleo (figura 12) está constituido por: • Envoltura nuclear. • Nucleoplasma. • Cromatina y cromosomas. • Nucleolo. La envoltura nuclear está constituida por dos membranas concéntricas: la membrana nuclear interna, que está en contacto con el contenido nuclear, y la membrana nuclear externa, que está en contacto con el citoplasma. En esta envoltura hay poros que comunican al interior del núcleo con el citoplasma celular y a través de ellos se transportan biomoléculas que entran o salen del núcleo. Una característica interesante es que, en la etapa de reproducción celular, la envoltura nuclear desaparece y deja su contenido libre en el citoplasma; así que si observamos una célula en su etapa de reproducción, no va a ser posible ver su núcleo. El nucleoplasma es la porción interior líquida del núcleo; contiene la cromatina, que es el conjunto total de adn y sus proteínas asociadas. Se calcula que si se estirara y uniera todo el adn humano de una célula, este mediría un metro de largo, pero en la célula se encuentra perfectamente acomodado y ocupa solo el espacio que le ofrece el núcleo. Cuando la célula se va a reproducir, la cromatina –transparente y poco visible– se transforma en estructuras compactas y visibles al microscopio, llamadas cromosomas. Una vez concluida la reproducción de la célula, los cromosomas se vuelven a convertir en delgados filamentos de cromatina. El nucleolo es el sitio de construcción donde se producen las subunidades de los ribosomas, organelos encargados de llevar a cabo la síntesis de proteínas. Contiene una elevada proporción de arn y proteínas. Puede haber uno o dos, aunque generalmente solo es visible uno. ¿Cuáles son las funciones del núcleo? El adn contiene toda la información hereditaria de un ser vivo, es decir, tiene las instrucciones exactas de cómo construir las proteínas de cada organismo. Esto significa que cada organismo mantiene las características propias de su especie gracias a su adn. La información genética es, por tanto, Desarrolla competencias

Cromatina (hilos delgados) Envoltura nuclear Nucleolo Poros nucleares

Figura 12. Núcleo de la célula.

sumamente valiosa y debe estar bien resguardada, ya que cualquier cambio o mutación podría generar organismos defectuosos. Así, el núcleo es el espacio destinado a proteger el legado que heredarán las generaciones subsecuentes. Cuando llega el momento de reproducirse, es en el núcleo donde se produce una copia fiel del adn para la formación de las células hijas, por medio de la replicación del adn. En el núcleo también se lleva a cabo el proceso de transcripción, o copia del adn, para la formación del arn mensajero, molécula que se encargará posteriormente de dirigir la síntesis de las proteínas que se requieran en la célula. En resumen, los procesos que se llevan a cabo en el núcleo son: • Almacenamiento de información hereditaria. • Replicación o copia del adn. • Transcripción del adn. Como se mencionó anteriormente, el nucleoide es el espacio donde se localiza el material genético (el cromosoma) de las células procariontes. No está delimitado por una membrana y es característico de las bacterias y arqueobacterias. El material genético de este tipo de células consiste en un solo cromosoma de forma circular enrollado apretadamente, el cual lleva a cabo sus procesos de replicación y transcripción en el citoplasma celular.



En un experimento de citología, un investigador le extrajo el núcleo a unos ovocitos de rana, que son las células reproductoras femeninas de este tipo de organismos. Anota en tu cuaderno qué procesos ya no podrían realizar estos ovocitos al carecer de núcleo. st-editorial.com

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Organelos relacionados con la elaboración y el transporte de biomoléculas: ribosomas, retículo endoplasmático, aparato de Golgi

La célula, entre otras cosas, elabora cada día las biomoléculas que se necesitan tanto para su propio consumo, como para ser enviadas a otras partes del cuerpo. En este proceso de elaboración y transporte de biomoléculas intervienen diversos organelos, veamos cada uno de ellos.

Ribosomas

Los ribosomas son pequeñas partículas compuestas de arn ribosomal y proteínas. Se encuentran dispersos en el citoplasma o asociados al retículo endoplásmico rugoso. En ellos se lleva a cabo la síntesis de proteínas, de acuerdo con las instrucciones del adn nuclear. Como ya se había mencionado, el adn no puede salir del núcleo, así que para dirigir la síntesis de proteínas se produce una copia que es una molécula de arn mensajero que sale a través de los poros nucleares y se dirige a los ribosomas. Los ribosomas actúan según las instrucciones genéticas del arn, donde el arn mensajero se coloca y arma las proteínas que se requieren en la célula, acomoda los aminoácidos en el orden específico para cada proteína de acuerdo con las instrucciones del adn. Al igual que con un material como la madera se pueden construir muchos objetos distintos, en los ribosomas se pueden armar los miles de proteínas diferentes que requiere la célula. Por ejemplo, supongamos que se necesita la producción de la proteína insulina en las células del páncreas para ser distribuida a través de la sangre a todo el organismo. En este caso, se produce una copia del gen de la insulina y se comienza a producir la proteína por medio de los ribosomas.

Retículo endoplásmico El retículo endoplásmico (re) es un sistema

de canales, sacos aplanados y tubos derivados de la membrana plasmática e interconectados entre sí, por los que pueden circular las moléculas que se van sintetizando. Si comparáramos la célula con una ciudad, el retículo endoplásmico representaría las calles de una zona industrial. Más de la mitad de las membranas que existen en la célula corresponden al retículo endoplásmico. 120

Existen dos tipos de retículo endoplásmico:

Retículo endoplásmico liso (rel). En él se sinte-

tizan y transportan fosfolípidos, colesterol y hormonas esteroides. Interviene en la eliminación de sustancias tóxicas. Retículo endoplásmico rugoso (rer). Se encuentra asociado a los ribosomas, que son los que le dan la apariencia rugosa. Su función es almacenar y transportar las proteínas que se sintetizan en los ribosomas, que son pequeñas fábricas de proteínas. Se conecta con la membrana nuclear y con el rel. En el ejemplo que hemos mencionado de la producción de insulina, el rer sería el sitio donde se ubican los ribosomas que están sintetizando esta proteína.

Aparato de Golgi

Se le conoce también como complejo de Golgi. Se compone de una serie de sacos aplanados y apilados llamados cisternas, localizados cerca del núcleo celular, los cuales se comunican entre sí y con el retículo endoplásmico. La función que realiza este organelo es la de dar el toque final a las proteínas y lípidos que se han sintetizado en la célula; se podría decir que los etiqueta y envuelve. Lo que hace es modificar químicamente, clasificar y empacar las biomoléculas que van a ser secretadas o enviadas al exterior de la célula. Está formado por tres compartimentos: Golgi cis. Cercano al núcleo, es donde se inicia la modificación de lípidos y proteínas, recientemente elaborados en el retículo endoplásmico. Compartimento medio. Donde se continúa la modificación. Golgi trans. El más alejado del núcleo, donde se termina la modificación de las biomoléculas y se envían al exterior por medio de vesículas o bolsitas que se unen a la membrana plasmática. En el ejemplo de la producción de insulina, sería el sistema de Golgi el espacio donde se prepara la insulina para ser enviada fuera de la célula pancreática, hacia el torrente sanguíneo. Así, al conjuntarse la acción de los ribosomas que están en el retículo endoplásmico rugoso y la del aparato de Golgi, se lleva a cabo la elaboración y el transporte de proteínas importantes para el organismo, como la insulina (infográfico 2). st-editorial.com

RECONOCES LA CÉLULA COMO UNIDAD DE LA VIDA Infográfico 2

R etrato

Elaboración y transporte de la insulina La información sale del núcleo (1) a través de un poro nuclear (2) y llega hacia el retículo endoplásmico rugoso (3), en el cual están ubicados los ribosomas (5). Una vez elaborada la proteína (6) viaja por el retículo endoplásmico liso (4) y llega al aparato de Golgi (9) a través de una vesícula transportadora (7). En el aparato de Golgi la proteína se modifica para ser enviada al exterior de la célula (14) y sale a través de una vesícula secretora (10). (8) Aparato de Golgi (ag). (11) Membrana plasmática. (12) Proteína secretada (13) Citoplasma.

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Camillo Golgi. Médico italiano que nació en 1844 y murió en 1926. Empleó nitrato de plata para colorear tejido al llevarlo al microscopio, lo que le permitió demostrar la estructura de los procesos de las células. De ahí el aparato que lleva su nombre. En 1906, Golgi recibió, junto con el español Santiago Ramón y Cajal, el premio Nobel de Medicina por sus estudios sobre la estructura del sistema nervioso.

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actividad grupal

Reconoce la célula como la unidad fundamental de los seres vivos. Analiza las características básicas, el origen, la evolución, los procesos y la clasificación de las células.

Resuelve con otro compañero la siguiente situación: Cuando nos causamos una herida, por ejemplo una cortadura, es necesaria la producción de la proteína colágeno para restituir la piel que se ha dañado. Revisen el texto anterior y describan los pasos que se llevarían a cabo dentro de las células epiteliales para producir y exportar esta proteína hacia la zona en reparación.

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E l mundo que te rodea Los lisosomas juegan un papel muy interesante en los procesos de autodestrucción de las células, llamado apoptosis o muerte celular programada. Cuando la célula recibe ciertas señales, ya sea del exterior o del interior de ella, sus lisosomas se rompen, las enzimas que contienen digieren todo el contenido celular y se destruye la célula. A este proceso se debe el envejecimiento, en el cual se mueren más células de las que se producen, pero también gracias a la apoptosis se destruyen posibles células cancerosas que podrían llegar a formar un tumor. El estudio de los lisosomas y de la apoptosis ha cobrado gran importancia en la actualidad, y todavía hay mucho por descubrir en ese campo.

Centros de almacenamiento y procesamiento de sustancias: vacuolas, vesículas, lisosomas y peroxisomas

Veamos a continuación una descripción conceptual de dichas sustancias.

Vacuolas

Tienen la forma de una bolsa rodeada por una sola membrana. Se presentan en mayor tamaño y proporción en células vegetales y pueden ocupar hasta 90% del volumen de este tipo de células. Se observan en células vegetales y animales. En las primeras pueden almacenar agua o productos elaborados como almidón, aceites esenciales, pigmentos y moléculas tóxicas. Los pigmentos hacen que una flor sea roja o violeta, por ejemplo, y las sustancias tóxicas protegen a la planta de los animales herbívoros. En las células animales, como las de los protozoarios, pueden funcionar como vacuolas contráctiles que bombean el exceso de agua hacia el exterior, o bien, ser vacuolas digestivas que contienen productos ingeridos por la célula.

Vesículas

Son diminutos sacos membranosos que se desplazan sobre el citoplasma; se forman a partir de la membrana plasmática. Algunas llegan a englobar en su interior biomoléculas y partículas atrapadas en el medio externo. Este fenómeno se llama endocitosis y permite a la célula alimentarse, o bien, atrapar partículas extrañas, que luego serán digeridas en el interior de la

Glosario 122

célula. Un ejemplo de este proceso sucede cuando nuestros glóbulos blancos atrapan algún microorganismo invasor. El fenómeno opuesto, llamado secreción o exocitosis, es la fusión de las vesículas internas con la membrana plasmática seguida de la liberación de su contenido al medio externo. En este caso, estas vesículas se encuentran asociadas al aparato de Golgi.

Lisosomas y peroxisomas

Los lisosomas son vesículas o bolsitas que provienen del aparato de Golgi. Su función es la digestión celular, es decir, el procesamiento de las sustancias que ingiere la célula. Contienen enzimas que digieren macromoléculas y otras partículas incorporadas del medio extracelular, así como organelos desechados. Cuando la célula ingiere alimentos o se come una partícula invasora para defenderse, los envuelve en una vesícula. Entonces, los lisosomas se unen a esta y liberan sus enzimas y digieren las partículas contenidas en ella. Por ejemplo, los leucocitos, que son las células de defensa del organismo, realizan la fagocitosis de virus y bacterias que penetran en el organismo. Estas células contienen gran número de lisosomas, que participan en la degradación o digestión de los virus y bacterias que el leucocito ha ingerido. Los peroxisomas son un tipo especial de lisosomas, que contienen una enzima llamada peroxidasa, la cual actúa para eliminar un compuesto altamente perjudicial para la célula, el peróxido de hidrógeno o agua oxigenada.

Exocitosis. Movimiento de materiales, de adentro hacia afuera de la célula, por medio de pequeñas vesículas del citoplasma que se fusionan con la membrana celular. st-editorial.com


Estructuras relacionadas con procesos energéticos: mitocondrias y cloroplastos

Doble membrana

Ahora pongamos atención a la descripción de estos organelos.

Membrana externa Membrana interna Matriz

Mitocondrias

Son organelos de gran importancia, porque en ellos se genera la energía necesaria para que se puedan llevar a cabo las actividades celulares. Sin ellas, la célula no podría moverse, o reproducirse, de hecho sin energía una célula muere. Para funcionar adecuadamente requieren de oxígeno, así que cada vez que respiramos ponemos a trabajar a nuestras mitocondrias (figura 13). Las mitocondrias tienen un sistema de doble membrana, la más externa es lisa, pero la interna contiene una gran cantidad de pliegues llamados crestas mitocondriales. En ellas se encuentran unidas las enzimas que participan en el proceso de respiración celular encargado de liberar la energía de los alimentos en forma de una molécula llamada atp. En el interior de la mitocondria hay un espacio lleno de líquido llamado matriz mitocondrial. En ella hay otras enzimas importantes para el desarrollo de las actividades de este organelo. También existe el espacio entre las crestas y la membrana externa, llamado espacio intermembranal, en el que se realizan actividades interesantes para el proceso de obtención de energía. Como ya se ha mencionado, las mitocondrias se parecen a las bacterias por su tamaño, forma y estructura, ya que contienen adn y se reproducen de manera independiente al resto de la célula, al dividirse en dos. Esto fortalece la teoría endosimbiótica que propone el origen de este organelo a partir de bacterias ancestrales.

Crestas

Figura 13. Estructura de una mitocondria.

Tilacoides Grana

Cloroplastos

Los cloroplastos (figura 14) forman parte de un grupo de organelos que se encuentran presentes en las células vegetales y son llamados plástidos. Estos plástidos se especializan en la fotosíntesis y en el almacenamiento. Existen tres tipos de plástidos en los tejidos vegetales: cloroplastos, cromoplastos y amiloplastos. Los cloroplastos llevan a cabo el proceso de la fotosíntesis, es decir, captan la luz solar y producen azúcares a partir de agua y bióxido de carbono. Al hacerlo, transforman la energía luminosa en energía química que se guarda en los azúcares. Estos organelos tienen un color verde, así que son los responsables del color verde en las plantas. Su forma es oval y tienen dos membranas: la exterior es lisa y la interior se dobla de tal manera que forma una serie de discos aplanados parecidos a pilas de monedas, llamados tilacoides. El conjunto de tilacoides se conoce como grana. En el interior del cloroplasto hay un líquido llamado estroma. En él se acumulan, momentáneamente, los azúcares que se producen en la célula. Los cloroplastos tienen su propio adn, por lo que se multiplican de manera independiente al resto de la célula, lo cual hace pensar que se originaron a partir de bacterias fotosintéticas. Los cromoplastos carecen de clorofila, pero tienen otros pigmentos, como carotenoides y licopenos que dan color naranja a las zanahorias, amarillo a las flores, rojo a los tomates. Los amiloplastos carecen de pigmentos, son de color blanco y almacenan gránulos de almidón. Abundan en las papas y semillas. st-editorial.com

Estroma

Figura 14. Estructura del cloroplasto.

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BLOQUE 3




Responde las siguientes preguntas.

1. Todas las células tienen mitocondrias, aunque el número de estas varía de acuerdo con las necesidades energéticas. Si se tomara una muestra de tejido de músculos de la pierna de un futbolista y de una persona que pasa el día sentada viendo televisión, ¿cuál crees que tendría mayor número de mitocondrias? ¿Por qué?

2. Los espermatozoides poseen un collar de mitocondrias que rodea en su base al flagelo. ¿Cuál crees que sea la función de este collar? Toma en cuenta la función que desempeñan las mitocondrias en las células.

3. Las células vegetales tienen diversos tipos de plástidos de acuerdo a su función. Se tienen en el microscopio tres muestras de células vegetales, una de una hoja, otra de una flor y otra de una semilla. ¿Qué tipo de plástidos (amiloplastos, cloroplastos o cromoplastos) esperarías que predominara en cada uno de estas tres preparaciones? Muestra

Tipo de plástido

Flor Hoja Semilla

4. Durante el otoño, las células de las hojas de algunos árboles dejan de producir clorofila, con lo cual las hojas cambian de color y se tornan amarillas o rojizas. ¿Qué tipo de plástidos crees que van desapareciendo en las células de las hojas en la época de otoño?

Estructuras de soporte y movimiento: citoesqueleto, cilios y flagelos

A continuación definiremos las características y funciones de dichas estructuras.

Citoesqueleto

El citoesqueleto celular es un armazón que solamente puede verse en un microscopio electrónico. Se encuentra presente en todas las células eucariontes y está formado por filamentos proteicos, entre los que destacan los filamentos intermedios, los microtúbulos y los microfilamentos: Filamentos intermedios. Poseen forma cilíndrica y tienen como función dar resistencia mecánica a la célula. Su diámetro es de unos 10 nm. Microtúbulos. Tienen forma de tubo, su diámetro es de unos 25 nm y están formados por la proteína tubulina. Son los principales organizadores del citoesqueleto y participan en el desplazamiento de componentes celulares. 124

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Microfilamentos. Son los más delgados; su diámetro es de 5

a 9 nm. Están formados por la proteína actina, se acumulan debajo de la membrana citoplasmática y controlan los movimientos de las células animales cuando se desplazan. La función del citoesqueleto es mantener la forma de la célula y, cuando es necesario, cambiar dicha forma. También posibilita la contracción de células musculares, el movimiento de células como las amibas y lleva a cabo el transporte y organización de los organelos en el citoplasma. Además, los microtúbulos y filamentos son fundamentales para la división celular; en las células animales los microtúbulos forman una estructura llamada centriolo, que desempeña un papel importante en la reproducción celular.

Cilios y flagelos

Los cilios y flagelos son prolongaciones del citoplasma que sobresalen de la membrana celular y participan en el desplazamiento de la célula. Su estructura es similar, ambos están formados en su interior por microtúbulos. La manera de distinguirlos es por su tamaño y número. Los cilios son cortos y abundantes. Miden de 5 a 10 micras de longitud. Se mueven de manera ondulatoria y se encuentran en la superficie de organismos unicelulares, como los paramecios. En este tipo de organismos, además de favorecer su desplazamiento, crean corrientes de agua alrededor de ellos para atraer el alimento. También algunas células del cuerpo humano, como las del sistema respiratorio, tienen cilios cuya función es crear corrientes que arrastren y eliminen partículas que llegan a entrar a través de la nariz o la boca. Los flagelos son más largos y gruesos que los cilios y se encuentran en menor cantidad. En general las células pueden tener de uno a tres flagelos y estos llegan a medir unas 100 micras. Este tipo de organelos se encuentra en bacterias y en algunas células eucariontes. Por ejemplo, los espermatozoides tienen un flagelo (figura 15) que mueven en forma de látigo cuando avanzan por la vagina para llegar a fecundar a un óvulo.




Resuelve en tu cuaderno los siguientes ejercicios.

1. Menciona tres efectos que tendría en una célula la destrucción de su citoesqueleto.

2. Algunos espermatozoides defectuosos llegan a tener dos flagelos. Explica por qué les es más difícil llegar hasta el óvulo. 3. Repasa el texto y anota en un cuadro la función de cada organelo, a continuación: • Pared celular • Membrana plasmática • Núcleo • Nucleolo • Ribosoma • Retículo endoplásmico liso • Retículo endoplásmico rugoso • Aparato de Golgi

• Vacuolas y vesículas • Lisosomas • Mitocondrias • Cloroplastos • Citoesqueleto • Centriolos • Cilios y flagelos


La biología en mi entorno Elabora un mapa mental ilustrado donde señales las funciones de los organelos celulares, relacionadas con las actividades de un ser humano. Revisa el texto para encontrar algunos ejemplos y piensa en algunos otros más.

Práctica de laboratorio Puedes repasar el contenido estudiado en este tema en la práctica de laboratorio “Funciones celulares”, que se encuentra en la Sección final (p. 215). Elabora un reporte de tu actividad experimental.

Figura 15. Los espermatozoides se mueven por medio de un flagelo que los impulsa moviéndose en forma de látigo. st-editorial.com

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Evaluación sumativa Heteroevaluación I. A nota dentro de la figura correspondiente los números que describen las características de una célula procarionte y de una célula eucarionte. Muestra después tu trabajo al profesor.

1. Las bacterias son un ejemplo de este tipo de células. 2. Tienen núcleo y organelos. 3. No tienen núcleo definido. 4. Son las células más primitivas. 5. Su adn es circular. 6. Son más evolucionadas. 7. Se piensa que se originaron por endosimbiosis. 8. Su adn tiene forma de filamentos.

Célula procarionte

Célula eucarionte

II. C orrelaciona las columnas eligiendo el organelo o la estructura celular involucrada en la actividad biológica señalada y muestra tus respuestas al profesor.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Las plantas llevan a cabo la fotosíntesis. Comunicación entre las neuronas del cerebro. Reproducción de las células de un embrión. Elaboración de proteínas, como la insulina. Generación de energía para el movimiento muscular. Destrucción de partículas invasoras, como virus y bacterias. Almacenamiento de pigmentos vegetales en una flor.

a. Vacuola b. Núcleo c. Membrana d. Ribosoma e. Cloroplasto f. Mitocondria g. Lisosoma

Autoevaluación I. Resuelve los siguientes ejercicios en tu cuaderno. 1. Define con tus propias palabras la teoría celular. 2. Explica la teoría endosimbiótica de Lynn Margulis, por medio de esquemas. 3. C omenta alguna de las teorías actuales del origen de la vida, la que te parezca más acertada. Explica el porqué de tu elección.

4. Describe qué intentos ha hecho el ser humano por buscar vida en otros planetas en tiempos recientes. 5. Explica por qué es importante estudiar las células.

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II. R eflexiona y responde las siguientes preguntas en tu cuaderno acerca de tu desempeño durante el estudio del bloque.

1. ¿Cómo te ayudaron los conocimientos de tu vida cotidiana durante el estudio del bloque? 2. Anota una nueva pregunta que has generado a partir del estudio de este bloque. 3. Señala alguna estrategia que utilizas para aprender.

Instrumentos de evaluación I. Realiza las siguientes actividades. 1. A hora que estás a punto de concluir con el estudio del presente bloque, retoma el problema que se te planteó al inicio (p. 96).


II. U tiliza el siguiente instrumento de evaluación para que ubiques cuáles fueron los desempeños que alcanzaste en el estudio de este bloque. Suma el total de aciertos de esta rúbrica con el total de aciertos de la valoración anterior que has hecho para que evalúes tu aprendizaje de este bloque. Luego, consulta la siguiente escala. Aspectos a evaluar

3

2

1

Reconoce la célula como la unidad fundamental de los seres vivos.

Reconoces claramente la célula como unidad fundamental de los seres vivos.

Identificas con algunas dificultades la célula como unidad fundamental de los seres vivos.

No identificas la célula como unidad fundamental de los seres vivos.


Explicas correctamente las características básicas, el origen, la evolución y la clasificación de las células.

Reconoces, con algunas dificultades las características básicas, el origen, la evolución y la clasificación de las células.

No reconoces las características básicas, ni el origen, la evolución y la clasificación de las células.

Valor

6

4

2 Total:

Escala Excelente: 5-6 Bien: 3-4 Insuficiente: 1-2

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Bloque 4 Describes el metabolismo de los seres vivos

Bloque 3

Bloque 4



• Describe los procesos energéticos que se desarrollan en los seres vivos y que mantienen la vida. • Reconoce las formas de nutrición que realizan los seres vivos para obtener su energía.

Bloque 5

Valoras la biodiversidad e identificas estrategias para preservarla

Competencias a desarrollar • Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas de sus comportamientos y decisiones. • De manera general o colaborativa, identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. • Utiliza las Tecnologías de la Información y la Comunicación para obtener, registrar y sistematizar información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y/o realizando experimentos pertinentes. • Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones aportando puntos de vista con apertura y considerando los de otras personas de manera reflexiva.

• Trabajando en equipo, diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos relativos a las ciencias biológicas. • Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental advirtiendo que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente. • Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipos en la realización de actividades de su vida cotidiana enfrentando las dificultades que se le presentan siendo consciente de sus valores, fortalezas y debilidades.

Introducción

Objetos de aprendizaje Tipos de energía Reacciones endotérmicas y exotérmicas Adenosintrifosfato (atp) - estructura y función - ciclo del atp Metabolismo - enzimas - catabolismo y anabolismo - procesos anabólicos: quimiosíntesis y fotosíntesis - procesos catabólicos: respiración celular y fermentación

T

odos sabemos que para poder mantenernos con vida es necesario alimentarnos y respirar. Estos dos procesos son los que nos permiten obtener la energía necesaria para realizar

las actividades cotidianas. Así, cada mañana, para tener energía, nos servimos un sabroso y nutritivo desayuno, y al igual que nosotros, algunos animales se disponen a buscar su alimento: unos se preparan para cazar, otros para comer hierba y otros más para tomar frutos de los árboles, mientras que las plantas se nutren de los rayos del Sol y los aprovechan para hacer la fotosíntesis. Demos un vistazo a lo que ocurre en el interior de una célula: veamos cómo hace para obtener energía de los alimentos que ingerimos y para mantener a través de diversos procesos químicos esa maravilla de la naturaleza que es la vida. Conozcamos también en este bloque las diferentes formas de nutrición de los seres vivos. A continuación te presentamos un mapa conceptual que organiza los temas principales de este nuevo bloque.

Formas de nutrición autótrofa (quimiosíntesis y fotosíntesis) y heterótrofa (holozoica, saprófita y parásita)

Seres vivos

se mantienen por

llevan a cabo

transformaciones de energía

metabolismo

nutrición

se divide en

como

que se observan como

tienen diversas formas de

reacciones endotérmicas reacciones exotérmicas

anabolismo

catabolismo

por ejemplo

por ejemplo

fotosíntesis quimiosíntesis

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autótrofa heterótrofa

respiración aerobia respiración anaerobia

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Conocimientos Resuelve lo que se te solicita a continuación.

1. Escribe una definición breve de energía.

Actividades de enseñanza Lluvia de ideas en la que se expresen las nociones del alumnado sobre las formas de energía que se manifiestan en los seres vivos. Dinámica para la recuperación de conocimientos sobre los procesos de transformación de energía y las reacciones exotérmicas y endotérmicas que suceden en los seres vivos. Explicación de la estructura y la función del atp como molécula portadora de energía.

2. Menciona diversas formas en las que se manifiesta la energía.

Organizador gráfico donde se represente el ciclo del atp. Actividad experimental sobre la función de las enzimas en los procesos biológicos.

3. Anota la primera ley de la termodinámica.

Explicación del concepto metabolismo a partir de ejemplos de situaciones cotidianas. Exposición, con apoyo audiovisual y mediante ejemplos, de las características de la nutrición autótrofa, sus procesos de quimiosíntesis y fotosíntesis, y los pasos de cada uno de estos.

4. Anota la segunda ley de la termodinámica.

5. Explica qué es una reacción química.

Investigación documental sobre las consecuencias ambientales de la destrucción de la fauna y su relación con la tasa de fotosíntesis a nivel regional, nacional y mundial. Exposición, utilizando medios audiovisuales, de los procesos del catabolismo que favorecen la obtención de energía de los organismos: respiración celular y fermentación. Investigación documental sobre las etapas de la respiración aerobia y la anaerobia, y sobre el lugar donde se realiza en la célula. Continúa...

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Actividades de enseñanza Lluvia de ideas para recuperar los conocimientos sobre las formas de nutrición de los seres vivos: autótrofos (quimiosintéticos y fotosintéticos) y heterótrofos (holozoicos, saprofitos y parásitos). Investigación sobre la relación entre las formas de nutrición autótrofa y las de nutrición heterótrofa, donde se señale la dependencia de los animales y los hongos respecto a los organismos productores, como las plantas; actividad integradora de debate sobre los resultados obtenidos. Actividad integradora de debate sobre el tema “Implicaciones de los avances tecnológicos vs. daño a la naturaleza”.

Habilidades I. Describe cómo se nutre… 1. Un hongo:

2. Un cactus:

3. Un microorganismo:

4. Una estrella de mar:

5. Una esponja:

II. E xplica por qué todos los seres vivos necesitan respirar y qué función tiene el oxígeno en los organismos.

Actitudes y valores I. Describe cuál es la importancia de la fotosíntesis en relación con el problema del calentamiento global.

II. S eñala la importancia de los procesos de fermentación para beneficio del ser humano.

III. Señala por qué valen la pena el cuidado y la limpieza en tu aula.

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a. Describe los procesos energéticos que se desarrollan en los seres vivos y que mantienen la vida. b. Reconoce las formas de nutrición que realizan los seres vivos para obtener su energía. Los conocimientos y habilidades que desarrolles en este bloque deberán darte los elementos para resolver, en el transcurso, el siguiente problema. El reto consiste en que leas con atención el caso que se plantea y respondas las preguntas que le siguen en tu cuaderno.

Un hallazgo en el jardín Una tarde de verano, Sara encontró algo inesperado en su jardín: un pequeño colibrí había hecho su nido en el árbol de granadas que estaba justo frente a la ventana de su cuarto. Era un nido pequeño, formado por ramitas bien engarzadas. La ubicación del nido le dio la oportunidad de observar día a día el vuelo del colibrí, ver cómo se alimentaba del néctar de las flores, y cómo sus polluelos al nacer

eran alimentados por su mamá. Sara reflexionaba acerca de cómo es que el colibrí logra batir sus alas rápidamente para sostenerse en el aire y de cómo el alimento que daba a sus pequeñuelos les permitió ir creciendo hasta llegar a salir del nido y volar por sí mismos unas semanas después. Llegaron las lluvias y de pronto el jardín de Sara se llenó de hongos de brillantes colores. Sara estaba sorprendida con los fenómenos de la naturaleza que lograba observar a través de su ventana.

a1. ¿Qué tipo de energía se manifiesta cuando un colibrí bate sus alas? a2. ¿Cuál es la fuente de energía que hace que un colibrí pueda volar? a3. Explica cómo hace el árbol de granada para producir el néctar de sus flores. a4. ¿Qué proceso debe realizar el colibrí para obtener energía de su alimento? a5. ¿Qué tipo de moléculas producen los polluelos para digerir el alimento que reciben? b6. ¿Cómo se nutren los hongos? b7. ¿En qué difiere la forma de nutrición de un hongo con respecto a la de un animal como el colibrí? ¿Y respecto a una planta como el árbol de granada?

a8. Algunas granadas del árbol de Sara se abrieron y adquirieron un aroma similar al vinagre; ¿a qué crees que se deba ese cambio? Describe el proceso involucrado.

b9. Señala cuáles de los organismos que observó Sara eran heterótrofos y cuáles eran autótrofos. b10. En el suelo del jardín de Sara, que era muy fértil, había bacterias nitrificantes, que enriquecen la tierra, y que realizan quimiosíntesis. Investiga en qué consiste este proceso y descríbelo.

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1. C ontrasta tus respuestas a las preguntas del problema con las de tus compañeros del grupo, y entre todos señalen cuáles son las correctas; confírmenlas después con su docente.


3

2

Describe los procesos energéticos que se desarrollan en los seres vivos y que mantienen la vida.

Reconoces claramente los procesos energéticos que se desarrollan en los seres vivos y que mantienen la vida.

Identificas, con algunas dificultades, los procesos energéticos que se desarrollan en los seres vivos y que mantienen la vida.

No identificas los procesos energéticos que se desarrollan en los seres vivos y que mantienen la vida.

Reconoce las formas de nutrición que realizan los seres vivos para obtener su energía.

Explicas correctamente las formas de nutrición que realizan los seres vivos para obtener su energía.

Reconoces, con algunas dificultades, las formas de nutrición que realizan los seres vivos para obtener su energía.

No reconoces las formas de nutrición que realizan los seres vivos para obtener su energía.

Valor

6

1

4

2 Total:

3. Suma el total de aciertos de esta rúbrica. Luego, consulta la siguiente escala. Escala Excelente: 5-6 Regular: 3-4 Insuficiente: 1-2 Recuerda que la autoevaluación es para ti, para que te des cuenta de tus logros y de lo que necesitas trabajar para aprender más, así que procura ser siempre honesto en este tipo de valoraciones y determinar cómo puedes mejorar en tus estrategias de aprendizaje.

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Para comenzar...

Tema 1

Tema 2

Tema 3

Tipos de energía. Reacciones exotérmicas y endotérmicas

Adenosín trifosfato (atp): estructura y función. Ciclo del atp. Enzimas

Procesos anabólicos relacionados con la nutrición autótrofa: quimiosíntesis y fotosíntesis

Continúa...

Asume el reto 1. Describe y anota todas las formas de energía que se manifiestan en: a. Un guepardo corriendo. b. Un cocodrilo al comer. c. Una planta al hacer fotosíntesis. d. Una araña que está en lo alto de un árbol. e. Una persona al pensar. 2. Reflexiona cómo es que los organismos adquieren la energía que necesitan para llevar a cabo sus actividades. Anota tu reflexión y coméntala con tus compañeros.

Los seres vivos, como has podido analizar, manifiestan diversas formas de energía: buscar su alimento, escapar de sus depredadores, defenderse, reproducirse, crecer… son acciones indispensables para mantenerse vivos y requieren de un alto costo energético. El estudio de los procesos energéticos se conoce como termodinámica y sus leyes se aplican tanto en la materia no viva como en la materia viva. Así, la primera ley de la termodinámica dice que la energía del universo no se crea ni se destruye, solo se transforma. La energía se puede definir como la capacidad para realizar un trabajo. Una de las principales características de la energía es que es posible encontrarla de diversas formas en la naturaleza y transformarse de un tipo de energía a otro. st-editorial.com

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BLOQUE 4

Fuente de energía luminosa

Fotosíntesis (transforma la energía luminosa en energía química)

Respiración (transforma la energía química en cinética y otras)

Figura 1. La energía del Sol es transformada por las plantas gracias a la fotosíntesis y aprovechada por el resto de los seres vivos a través de la respiración.

CUADRO 1. EJEMPLOS DE TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA QUÍMICA Formas de Ejemplos energía Se manifiesta en los organismos al moverse, caCinética minar, correr, trepar. Organismos bioluminiscentes como las luciérnaLuminosa gas y varios tipos de peces. Transmisión del impulso nervioso del cerebro, órEléctrica ganos de los sentidos como la vista y el oído, por ejemplo, las anguilas eléctricas. Se utiliza en procesos de biosíntesis para el creQuímica cimiento, el transporte en las membranas celulares, la reproducción de las células. Se produce en todas las actividades de los orgaCalorífica nismos, debido a que todas las transformaciones energéticas producen calor.

La energía potencial es la que está de alguna manera almacenada, por ejemplo, en una araña que se encuentra en lo alto de un árbol, y se puede transformar en energía cinética, o de movimiento, cuando la araña se deja caer sobre su presa. Dado que la energía no se crea ni se destruye, ¿de dónde proviene la energía que nos mueve y que mantiene los procesos de todos los seres vivos? El Sol es nuestra fuente primaria de energía; nos envía cada año unas 13 × 1023 calorías (13 seguido de 23 ceros), de las cuales solo una pequeña fracción, menos de 1%, se convierte, por medio de los procesos de fotosíntesis de las plantas, en la energía que propulsa todos los procesos de la vida. Todos los animales, incluidos nosotros los seres humanos, dependemos de las plantas para subsistir; por eso se dice que las plantas son la base de las pirámides alimenticias. La energía química que obtenemos de ellas nos da la energía necesaria para movernos, crecer y reproducirnos. Como ves, la vida en la Tierra simplemente no sería posible sin la luz que nos envía cada día el Sol (figura 1).

¿Cómo se produce la transformación de energía en los seres vivos?

A través de la fotosíntesis las plantas producen azúcares. La energía que se encuentra almacenada en los enlaces químicos de los azúcares y otros nutrientes es adquirida por los animales que se alimentan de plantas, y es utilizada para actividades específicas que pueden variar de un organismo a otro y puede transformarse en otras formas de energía. Para liberar esa energía, lo que necesitamos es respirar. Los procesos de respiración celular son indispensables para mantener la vida; todos sabemos que un organismo que deja de respirar deja de vivir y esto es, en última instancia, porque deja de liberar energía. En el cuadro 1 se muestran algunos ejemplos de transformaciones de la energía química que podemos observar en los seres vivos. Cabe recalcar que todos los procesos en los que se transforma un tipo de energía en otro generan calor, es decir, el calor es un producto secundario de cualquier actividad en la que se gaste energía. Por eso todos los seres vivos despiden calor. Algunos, como las lagartijas, lo pierden rápidamente y se escapa al medio ambiente, pero otros, como las aves, lo conservan bajo su capa de plumas y por eso se encuentran siempre a una temperatura constante, muchas veces por arriba de la ambiental. El calor que se libera al ambiente es una forma de energía que deja de ser útil.

E l mundo que te rodea ¿Alguna vez te has puesto a observar un colibrí volando? ¿Sabías que puede agitar sus alas hasta 78 veces por segundo para mantenerse inmóvil en el aire mientras toma el néctar de una flor? El corazón del colibrí late a un ritmo de 500 latidos por minuto cuando está descansando y el doble cuando está en actividad. Estas pequeñas aves almacenan en su organismo energía en forma de grasas que se acumulan bajo su piel. El alimento que consumen es principalmente el néctar de las flores, rico en azúcares y elaborado por procesos de fotosíntesis de las plantas. Estas transforman la energía solar, así que, en última instancia, es el Sol el que provee de energía a estas pequeñas aves para efectuar sus movimientos.

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DESCRIBES EL METABOLISMO DE LOS SERES VIVOS




Elabora un mapa mental ilustrado de las diversas formas en que puede manifestarse la energía en los seres vivos: luminosa, calorífica, cinética, eléctrica, biosíntesis. Recuerda incluir en tu mapa al Sol como la fuente que provee de energía a los seres vivos a través de los procesos de fotosíntesis de las plantas.

Reacciones exotérmicas y endotérmicas

Como ya hemos mencionado, los seres vivos se rigen, al igual que toda la materia del universo, por las leyes de la termodinámica. La segunda ley de la termodinámica nos indica la dirección en que se pueden llevar a cabo las reacciones químicas de manera espontánea. Nos dice que todo proceso de manera natural tiende a ir de un estado de mayor energía potencial a uno de menor energía potencial; en pocas palabras, que las piedras ruedan hacia abajo en una montaña y no cuesta arriba. De acuerdo con esta ley, las reacciones que pueden ocurrir de manera espontánea son aquellas en las que se libera energía, llamadas reacciones exotérmicas o exergónicas (figura 2a). Muy a menudo esa energía se libera en forma de calor. Por ejemplo, cuando se quema la madera se produce una reacción exotérmica en la que se libera mucho calor. Para que la madera comience a quemarse necesita recibir calor. A esa energía necesaria para iniciar una reacción química se le conoce como energía de activación. Una vez que se inicia la reacción exotérmica, se libera una cantidad mucho mayor de energía que la que se necesitó para iniciar el proceso. La respiración celular es un proceso que incluye reacciones exotérmicas también. Los azúcares que comemos reaccionan y se descomponen en moléculas más pequeñas, lo que provoca la liberación de energía química que se aprovecha para realizar un trabajo, como movernos, reproducirnos o simplemente pensar. Las reacciones endotérmicas o endergónicas (figura 2b) son reacciones que requieren de energía para poder llevarse a cabo. Se podría decir que Desarrolla competencias

actividad grupal

son reacciones que se realizan “cuesta arriba”. Un ejemplo de reacción endotérmica es la elaboración de azúcares en las plantas; en este caso se requiere de la aportación de energía del Sol para que la reacción o reacciones necesarias se lleven a cabo. La segunda ley de la termodinámica también nos indica que el grado de desorden del universo (llamado entropía) tiende a aumentar. Podemos entender esto si pensamos en el cuarto de un adolescente. Tiene una cierta tendencia a estar desordenado, a que su entropía vaya aumentando, hasta que se le aplica energía para ordenarlo. Un ser vivo requiere de un alto grado de organización y para mantenerse vivo requiere de un aporte constante de energía. En el momento que el organismo muere, sus componentes se desordenan y vuelven al suelo, con lo que aumenta la entropía.

A

B

+

C

+

Reactivos

D

+

Energía

Productos

a. En una reacción exotérmica se libera energía.

Energía

+

C

+

D

A

+

B

b. Una reacción endotérmica consume energía. Figura 2. Reacción exotérmica (a) y reacción endotérmica (b).


En compañía de dos de tus compañeros, realicen el siguiente experimento.

1. Coloquen 100 mL de agua en un vaso y midan su temperatura. 2. Disuelvan 1 g de hidróxido de sodio (NaOH) en el agua del vaso. (Tengan cuidado porque el NaOH produce quemaduras en la piel.)

3. Midan la temperatura cuando el NaOH se disuelva totalmente. 4. Expliquen qué tipo de reacción se llevó a cabo (endotérmica o exotérmica). st-editorial.com

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Tema 1

Tema 2

Tipos de energía. Reacciones exotérmicas y endotérmicas

Adenosín trifosfato (atp): estructura y función. Ciclo del atp. Enzimas

Tema 3

Continúa...

Procesos anabólicos relacionados con la nutrición autótrofa: quimiosíntesis y fotosíntesis

Asume el reto Formados en seis equipos, realicen el siguiente juego que se puede llevar a cabo en el salón de clase o al aire libre.

1. Cada equipo nombrará un representante que tenga buena condición física. 2. Cada equipo tendrá una bolsa de semillas de frijol, que representarán las monedas para pagar por cada actividad física que realice su representante.

3. Cada uno de los representantes de los equipos realizará las actividades que se señalan a continuación en un tiempo límite de 3 minutos.

4. Antes de hacer cada actividad deberá recibir el pago en monedas por parte de su equipo. El pagador estará al fondo del salón, o si la actividad se hace al aire libre estará a unos 10 metros del sitio donde se realicen las actividades físicas. 5. Al terminar cada ejercicio, el representante del equipo volverá con el pagador para recibir las monedas correspondientes a la actividad que sigue. 6. El que logre hacer más actividades hará que gane su equipo (puede repetirse alguna actividad en caso de terminar la lista). 7. Las actividades serán las siguientes: a. Saltar diez veces en un pie: 10 monedas. b. Hacer cinco sentadillas: 15 monedas. c. Sentarse y cruzar los brazos: 2 monedas. d. Hacer dos lagartijas: 8 monedas. e. Escribir su nombre: 5 monedas. f. Saltar quince veces con ambos pies: 25 monedas.

8. Al final del juego reflexionen acerca del costo energético de cada acción que llevamos a cabo, y de cómo podemos recuperar la energía que gastamos en cada momento.

9. Cada equipo anotará una conclusión y la comentará con el resto del grupo. 138

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ATP

y energía en las células

Nuestro cuerpo gasta una gran cantidad de energía cada día. Por el simple hecho de estar sentados, contemplando la televisión, podemos gastar unas 1 500 calorías. Si caminamos o corremos gastamos más, el doble o el triple según la intensidad de nuestras actividades. Pero, después de hacer ejercicio, ¿cómo hacemos para reponer la energía perdida? Para ello contamos con una molécula especializada en aportar la energía a todas las reacciones químicas que se llevan a cabo en nuestro cuerpo: el atp. Esta molécula, considerada como la “moneda energética” del organismo, se produce en cada una de nuestras células, se puede obtener a partir de los azúcares que ingerimos, del glucógeno que almacenamos como reserva, o bien de la grasa que se encuentra en nuestras “llantitas”. Veamos cuál es la relación entre el atp y las reacciones endotérmicas de nuestro organismo. Para que se lleve a cabo una reacción endotérmica, es necesario aportar energía. En un ser vivo se llevan a cabo muchas reacciones endotérmicas, como la síntesis de proteínas, la producción de azúcares o la construcción de nuevas células durante el crecimiento y la reproducción. ¿Cómo lograr que esas reacciones endotérmicas se lleven a cabo? Pensemos en un automóvil que se mueve cuesta arriba en una montaña. Lo que necesitamos es abastecerlo de gasolina para que esta se queme (reacción exotérmica) mientras el auto se mueve hacia arriba (reacción endotérmica). Para que una reacción endotérmica pueda llevarse a cabo, es necesario que se acople a otra reacción exotérmica. Así, para que una planta pueda fabricar azúcares (proceso endotérmico), es preciso que se acople a la liberación de energía solar (proceso exotérmico). Cada vez que se realiza en nuestro organismo alguna reacción endotérmica, en alguna otra parte del cuerpo tuvo lugar una reacción exotérmica, generalmente más energética, para impulsarla. En las células y en los tejidos, las reacciones acopladas funcionan por medio de moléculas portadoras de energía. Estas funcionan como baterías recargables: obtienen una carga de energía en una reacción exotérmica, se desplazan a otro lugar de la célula y liberan la energía para impulsar una reacción endotérmica. El principal acarreador de energía en las células es el atp (adenosín trifosfato), que es un nucleótido formado por la base nitrogenada adenina, el azúcar ribosa y tres grupos fosfato. Al atp se le conoce como la moneda energética de la célula. Podemos observarlo a continuación. Trifosfato de adenosina (atp)

NH2 N

C C

N

Enlaces de “alta energía”

HC N

CH

C N

O-

O CH2 H

H

H

O

P

O-

O

P

O-

O

P

O-

H O

O

O

OH

OH

Cuando el atp se acopla a alguna reacción endotérmica, libera un grupo fosfato, con lo que se desprende la energía necesaria para impulsar la reacción. El atp se convierte entonces en adp (adenosín difosfato), acompañado de un grupo fosfato. atp

Adenosín trifosfato st-editorial.com

aDp

Adenosín difosfato

+

Pi Fósforo inorgánico 139

BLOQUE 4

Para que el atp vuelva a ser utilizado en otra reacción acoplada, es necesario que el grupo fosfato se le vuelva a unir. Es como tener una cajita de sorpresa que al abrir libera una figura unida a un resorte. Para que vuelva a funcionar hay que volver a comprimir el resorte y cerrarla bien. El proceso para restituir el atp se puede llevar a cabo mediante la respiración celular. La degradación exotérmica de la glucosa en las células durante la respiración celular se acopla con la formación del atp, y la degradación exotérmica de este último con diversas reacciones celulares. Cuando un fosfato se separa por hidrólisis, el atp libera la cantidad de energía apropiada para muchas de las reacciones metabólicas. El alto contenido de energía del atp proviene de la interacción compleja de los átomos de su molécula (como se muestra en el siguiente esquema sobre el ciclo del atp). Así, cada una de nuestras actividades implica un costo energético, un gasto determinado de atp que deberá ser restituido a partir de los alimentos y los procesos de respiración celular. Ciclo del atp P

P

P

Trifosfato

Adenosina

Energía Energía de reacciones exotérmicas (por ejemplo, respiración celular) ADP +

Energía para reacciones endotérmicas (por ejemplo, síntesis de proteínas, conducción de impulsos nerviosos y contracción muscular)

P

P Adenosina


P

Difosfato

actividad grupal


Organizados en equipos, elaboren un diagrama en el que señalen el ciclo del atp y explíquenlo a sus compañeros y al docente.

La biología en mi entorno Elabora una lista de 20 acciones en las que gastes Entrega el trabajo a tu profesor.

Glosario 140

Describe los procesos energéticos que se desarrollan en los seres vivos y que mantienen la vida. atp.

Ilustra algunas de ellas.

Hidrólisis. Desdoblamiento de la molécula de ciertos compuestos orgánicos por acción del agua. st-editorial.com


Lee Las bebidas energizantes. Verdades detrás de su fama En los últimos años, las bebidas energizantes se han vuelto las favoritas de nuestros jóvenes, principalmente en las noches. El consumo y abuso de estas bebidas ha ido en aumento, en especial combinadas con bebidas alcohólicas, aun cuando pueden ser fatales. Muchos atletas también las utilizan para “rehidratarse” durante y después del ejercicio. En la década de los 80, en Europa, aparecieron las primeras bebidas energizantes, creadas para incrementar la resistencia física, proveer reacciones más veloces, mayor concentración, estar mucho más alerta, estimular el metabolismo, y hasta evitar el sueño y rendir más tiempo en el gimnasio. Sin embargo, estas bebidas no intentan compensar la pérdida de líquidos y minerales durante el ejercicio, pues el término de “energía” utilizado se refiere a cierto efecto farmacológico de algunas sustancias activas y no a la producción

de calorías de los nutrientes, por lo que crea demasiada confusión. Pero… ¿qué es lo que tienen estas bebidas? Veamos: Carbohidratos. La mayoría de estas bebidas contienen cerca de 20 a 30 gramos de carbohidratos, incluso algunas hasta 70. Teniendo en cuenta su alto contenido de carbohidratos no se recomienda ingerirlas antes o durante el ejercicio, debido a que retardan la absorción intestinal. Carnitina. Es un componente que actúa en el metabolismo de las grasas. Es necesario para la oxidación de las grasas a nivel de la mitocondria de las células. Normalmente las personas sanas producen suficiente carnitina para mantener las funciones del organismo. D-Ribosa. Es un azúcar simple, eje del material genético y el punto de partida para la producción de adenosina trifosfato (ATP).

Taurina. Es un aminoácido considerado típicamente “no esencial”. Funciona como un transmisor metabólico, desintoxicante y acelera la contractilidad cardiaca. Se ha demostrado que los niveles bajos de la taurina se asocian con enfermedades como cardiomiopatía, degeneración retinal y retraso de crecimiento. Inositol. El cuerpo lo puede producir desde la glucosa, por ello no es esencial. Cafeína. Es la sustancia psicoactiva más ingerida. Es un conocido estimulante que puede crear adicción. Es uno de los componentes no nutritivos común dentro de las bebidas y dietas de los deportistas, y ahora se encuentra en las bebidas energizantes. Como puede verse, las bebidas “energizantes” contienen todo un coctel de ingredientes, que son más bien “estimulantes” y que no favorecen la producción de ATP para reponer la energía perdida.

Fuente: http://foro.univision.com/univision/board/message?board. id=republicadominicana&message.id=73040 A partir de la lectura, realiza las siguientes actividades.

1. Visita un supermercado y revisa las fórmulas que muestran las bebidas energizantes. Localiza algunos de los ingredientes que se mencionan en la lectura.

2. Realiza una encuesta entre tus conocidos para saber cuántos de ellos consumen este tipo de bebidas. 3. Elabora una conclusión acerca de la importancia de analizar con cuidado los productos industrializados que consumimos.

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141

BLOQUE 4

Enzimas

Alto

Contenido energético de las moléculas

Energía de activación sin catalizador Energía de activación con catalizador Reactivos Productos Bajo Avance de la reacción

Figura 3. Los catalizadores, como las enzimas, reducen la energía de activación necesaria para iniciar una reacción.

Sustrato

Producto

Sitio activo

Enzima

Complejo enzima - sustrato

Figura 4. Acción enzimática.

Glosario 142

Enzima

Cada una de nuestras actividades cotidianas, como caminar, pensar o comer, involucra diversas reacciones químicas en nuestro organismo. Estas reacciones, aun cuando sean exotérmicas, para iniciarse necesitan de una aportación de energía, a la que se conoce como energía de activación, que es equivalente al chispazo que debemos aplicar para lograr que un encendedor se prenda. En el caso de los seres vivos no podemos producir “chispazos” en cualquier parte del cuerpo para que las reacciones químicas se inicien. Los seres vivos poseemos enzimas que actúan como catalizadores, es decir, sustancias que aceleran las reacciones y reducen la energía de activación (figura 3). Una característica interesante de las enzimas es que actúan a la temperatura del cuerpo y que no se consumen ni sufren un cambio permanente por participar en las reacciones que promueven. Las enzimas son catalizadores biológicos de naturaleza proteica que se sintetizan en los seres vivos. Nosotros producimos cientos de enzimas diferentes, cada una acoplada a catalizar determinada reacción química. Cada enzima tiene una forma tridimensional específica, con un espacio llamado sitio activo, que embona perfectamente con las moléculas de la reacción en la que participa. La sustancia en la cual actúa una enzima se conoce con el nombre de sustrato. La forma en que actúa una enzima es la siguiente: • El sustrato se une a la enzima, embonando como una llave con su cerradura. • Los sustratos y el sitio activo pueden cambiar de forma por la interacción que se da entre ambos. Se promueve la reacción entre los sustratos. • Los sustratos, al reaccionar, cambian de forma y se despegan de la enzima. • La enzima queda libre y lista para volver a unirse a otro sustrato. En la figura 4 puedes observar la representación del proceso que acabamos de describir. Las reacciones que promueve una enzima pueden ser de descomposición o de síntesis, es decir, pueden unir a dos sustratos o bien promover que se separe un sustrato en dos productos. Una característica de las células es su capacidad para regular sus reacciones metabólicas. Esto lo hacen al controlar la cantidad de enzimas que se producen, de manera que no se desperdicien materiales y solo se activen las vías metabólicas que se requieran. Por ejemplo, si se acumula el producto de una reacción enzimática, puede ser que el mismo producto inhiba la producción de más enzimas, lo que podría compararse con una fábrica de zapatos: si se acumula el producto porque no se está vendiendo, se detiene la producción hasta que haya más ventas. Para su funcionamiento óptimo, las enzimas dependen de las condiciones del medio como el pH, la concentración de sal y la temperatura, ya que estos pueden llegar a alterar su estructura tridimensional, al causar que se afecte la forma de su sitio activo y ya no puedan unirse a su sustrato. Por ejemplo, una temperatura elevada puede alterar de manera irreversible el funcionamiento de las enzimas. A esto se debe que cuando una persona tiene fiebre muy alta se detengan algunas reacciones metabólicas y pueda llegarse incluso a la muerte de las células más sensibles: las neuronas.

Sitio activo. Región específica de una enzima que se une al sustrato y que cataliza una reacción química. st-editorial.com

DESCRIBES EL METABOLISMO DE LOS SERES VIVOS actividad individual



Resuelve el siguiente problema: La enzima lactasa es la encargada de romper los enlaces del azúcar de la leche. Se midió la actividad de esta enzima a diferentes temperaturas, y se obtuvieron los siguientes resultados: Temperatura (ºC)

Velocidad de reacción (micromoles/min)

Temperatura (ºC)

Velocidad de reacción (micromoles/min)

0 10 20

0 1.2 2.4

30 40 50

3.6 4.0 0

Elabora una gráfica con los datos anteriores y explica los cambios que se observan en la velocidad de la reacción en función de la temperatura. Explica el último dato.


actividad grupal


Existen diversas enzimas que encontramos en nuestra vida diaria, por ejemplo, la amilasa, que se encuentra en la saliva; la catalasa, que se encuentra en el hígado y otros tejidos vivos; la papaína, que se encuentra en las semillas de papaya y en el jugo de piña y que facilita la degradación de las proteínas; o las diversas enzimas que se agregan a los detergentes. Organizados en equipos de seis integrantes, investiguen acerca de alguna de estas enzimas, y planteen un experimento para demostrar la forma en que actúan. Expliquen su hipótesis y sus resultados. Entreguen a su profesor un reporte escrito de su actividad experimental.

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143

Tema 2 Adenosín trifosfato (atp): estructura y función. Ciclo del atp. Enzimas

Tema 3 Procesos anabólicos relacionados con la nutrición autótrofa: quimiosíntesis y fotosíntesis

Tema 4

Continúa...

Procesos catabólicos que favorecen la obtención de energía: respiración celular y fermentación

Asume el reto ¿Cómo se nutren las plantas? Realiza lo siguiente:

1. Lleva a tu clase una planta con todo y maceta. 2. Observa sus estructuras, compara tu planta con la de tus compañeros. 3. Señala las adaptaciones que tiene y cómo estas le permiten sobrevivir en su ambiente. 4. Reflexiona cómo es que tu planta se nutre. Anota tu hipótesis. 5. Elabora una conclusión junto al resto del grupo acerca de la nutrición de las plantas y de las adaptaciones que puedan facilitar este proceso.

El metabolismo es la suma de todas las reacciones químicas que ocurren en una célula. Algunas de esas reacciones pueden estar acopladas y formar vías metabólicas, ya sea para la síntesis de nuevas moléculas o para su degradación. El metabolismo se divide en anabolismo y catabolismo, según el tipo de reacciones que se llevan a cabo: Anabolismo. Conjunto de reacciones de síntesis que se realizan en el organismo. Para que estas reacciones puedan llevarse a cabo es necesario que se aporte energía, generalmente en forma de atp, es decir, son reacciones endergónicas o endotérmicas. Las principales reacciones de síntesis que tienen lugar en el organismo son la producción de proteínas, de ácidos nucleicos, de polisacáridos... En fin, de todos los componentes celulares. La fotosíntesis es también un proceso anabólico que tiene como fuente de energía el Sol. 144

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Catabolismo. Conjunto de reacciones metabólicas que tienden a la degradación de

moléculas; son reacciones exergónicas o exotérmicas, en las que se libera energía. Estas reacciones tienen que ver con la utilización de los alimentos como fuentes de energía. Por ejemplo, la degradación de la glucosa, de las grasas o lípidos y de las proteínas que comemos da por resultado la obtención de energía que se almacena en la molécula de atp.

Los organismos han desarrollado, a través de la evolución, diversas formas para obtener sus nutrientes, indispensables para adquirir la energía que les permite mantener sus procesos vitales. Existen dos mecanismos básicos de nutrición en los seres vivos: autótrofa y heterótrofa, cada una es una manera distinta con la que el organismo obtiene sus nutrientes. En este tema estudiaremos solo la primera, para después, en el tema 5, profundizar en la segunda. Describe los procesos energéticos que se desarrollan en los seres vivos y que mantienen la vida.



Con la información anterior, complementa el siguiente mapa conceptual de los procesos del metabolismo.

Metabolismo se divide en

anabolismo consiste en

consiste en

degradación de moléculas para llevarse a cabo

para llevarse a cabo

requiere energía

produce

ejemplos

produce

ejemplos

reacciones exotérmicas

Nutrición autótrofa

Los organismos autótrofos producen sus propios alimentos a partir de materia inorgánica (auto: uno mismo; trophos: nutrición). Estos organismos solo necesitan de agua, sales minerales, dióxido de carbono y de alguna fuente de energía para sobrevivir, así que no necesitan de otros seres para alimentarse. Los autótrofos pueden utilizar como fuente de energía el Sol, o bien, compuestos químicos donadores de electrones que les permitan, por ciertas reacciones químicas, obtener sus alimentos. Así, los organismos autótrofos pueden ser quimiosintéticos si utilizan como fuente de energía compuestos químicos, o bien fotosintéticos si aprovechan la luz del Sol. Veamos con más detalle estos dos tipos de nutrición autótrofa. st-editorial.com

145

BLOQUE 4


México se encuentra en una situación de emergencia debido a la acelerada y dramática desaparición de bosques y selvas. En las últimas cinco décadas la superficie forestal se redujo a la mitad, lo cual pone en peligro muchos otros recursos como la captación de agua. La falta de políticas públicas claras y coherentes en este sector hace que nuestro país pierda 785 000 hectáreas de bosques y selvas por año. Esto significa que desaparece una superficie boscosa del tamaño de dos canchas de futbol por minuto. En el mundo, la pérdida del hábitat provocada por la deforestación es la principal causa de extinción de especies. Esta situación resulta particularmente grave en México, ya que es uno de los países con mayor diversidad biológica en el planeta.

Quimiosíntesis Algunos organismos autótrofos no requieren de la luz solar, sino que utilizan como fuente de energía ciertas sustancias químicas a las que oxidan; por eso se llaman quimiosintéticos. Ejemplo de estos organismos son las bacterias sulfurosas de las aguas termales y las bacterias nitrificantes que se encuentran en las raíces de plantas leguminosas, como frijol, chícharo o alfalfa. Algunas de estas bacterias también viven en los pantanos o en el fondo del mar, hasta a 1 500 m de profundidad en grietas hidrotermales, donde inician una cadena alimentaria autótrofa. En el cuadro 2 se muestran las fuentes de energía y los compuestos que obtienen las distintas bacterias quimiosintéticas. CUADRO 2. CARACTERÍSTICAS DE LAS BACTERIAS QUIMIOSINTÉTICAS Grupo de Fuentes Compuestos Ejemplos procariontes de energía que obtienen Nitrificantes

Amoniaco Nitritos

Nitritos Nitratos

Nitrobacter Nitrosomonas

Metanógenas Hidrógeno Metano Ácido sulfúrico Sulfurosos Sulfatos Sulfuro de hidrógeno Compuestos Ferrosos Sales ferrosas férricos

Dónde vive Nódulos de raíces de leguminosas, suelo

Methanospirillum Pantanos Fondo del mar, Thiobacillus chimeneas hidrotermales Suelo muy ácido, rico Ferrobacillus en hierro Fuente: Bojórquez C., Luis y Silvia C. Galván. Biología.

Los organismos quimiosintéticos no son muy comunes en la naturaleza, pero sus actividades son de gran relevancia. Las bacterias nitrificantes, por ejemplo, hacen accesible para las plantas el nitrógeno del suelo y de esta manera favorecen su desarrollo. La fijación del nitrógeno es un proceso muy importante para el enriquecimiento de los suelos de cultivo y que se ha estudiado en centros de investigación en México y en el mundo. Las bacterias sulfurosas del fondo del mar, por su parte, son una fuente esencial de alimento en su ambiente; han llamado la atención de los científicos que buscan descendientes de las primeras formas de vida que hubo en la Tierra. Se piensa que las primeras células pudieron haber sido quimioautótrofas, que se originaron en las grietas hidrotermales y que precedieron a las células fotosintéticas y a las heterótrofas. Algunos científicos piensan que la quimiosíntesis también es significativa, porque si se oscureciera el Sol este tipo de organismos seguiría produciendo materia orgánica que podría conservar la vida. De ahí la trascendencia de estudiar este tipo de procesos.

Fotosíntesis

El proceso de fotosíntesis consiste en convertir el dióxido de carbono y el agua en azúcares que sirvan como alimento a la planta y a los animales que la consuman. Todas las plantas, algunas bacterias y las algas unicelulares realizan el proceso de la fotosíntesis, en el que utilizan como fuente de energía el Sol. Para que este proceso se lleve a cabo adecuadamente, se requiere de todos los reactivos y de su fuente de energía. Esto es evidente si hemos tenido una planta: sabemos que, aunque le demos agua, sin luz no va a crecer, y viceversa. Observemos que en la fotosíntesis se absorbe el dióxido de carbono del aire. Fórmula general de la fotosíntesis 6 CO2 Dióxido de carbono

+

6 H2O Agua

Luz Clorofila

146

C6H12O6 Glucosa

+

6 O2 Oxígeno

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Los organismos fotosintéticos surgieron hace unos 2 500 millones de años en los mares primitivos de la Tierra. Antes de ellos la atmósfera carecía de oxígeno libre y de capa de ozono. Fueron los procesos fotosintéticos los que comenzaron a modificar la atmósfera, de manera que se convirtiera en la que hoy conocemos, que contiene oxígeno y la capa de ozono que nos protege de las radiaciones ultravioleta del Sol. Tal vez cuando pensamos en organismos fotosintéticos nos viene a la mente un árbol o el pasto de una pradera. Sin embargo, pocos nos imaginamos que la mayor parte de organismos fotosintéticos se encuentra en el mar y que son las algas microscópicas las que llevan a cabo 70% de la fotosíntesis del planeta (figura 5). Las plantas producen alimentos para sí mismas y para los demás seres vivos a través de la fotosíntesis; sin ellas no podríamos sobrevivir. Además, en el proceso fotosintético absorben dióxido de carbono, con lo que purifican la atmósfera de los desechos industriales que produce el ser humano y evitan el calentamiento global, resultado del incremento en los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera. Desarrolla competencias


Figura 5. Las algas marinas llevan a cabo la mayor proporción de fotosíntesis del planeta.


I. Elabora en una cartulina un mapa conceptual sobre el proceso de

quimiosíntesis y fotosíntesis, y los organismos que los llevan a cabo.

II. Busca en el periódico, en una revista, en Internet o en otra fuente bibliográfica, una noticia reciente donde se señale y se describa alguno de los problemas que perjudican a las plantas terrestres o acuáticas.

1. Comenta tu noticia con toda la clase. 2. Entrega un informe por escrito acerca de las posibles consecuencias de la deforestación de nuestro entorno.

La biología en mi entorno 1. Elaboren, organizados en equipos, un collage de imágenes de plantas y flores.

2. Inserten sobre su collage alguna frase que invite a conservar las plantas y preservar el medio ambiente.

3. Coloquen sus trabajos en diversas áreas de su escuela, para invitar a la comunidad escolar a conservar el entorno natural.


actividad grupal

Con ayuda de su profesor, quien puede fungir como mediador, organicen un debate sobre las implicaciones del avance de la tecnología vs. el daño a las plantas y a la naturaleza.

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147

BLOQUE 4 Energía en aumento

Longitud de onda en aumento 0.001 nm 1 nm

Rayos Gamma

10 nm

1 000nm

0.01nm 1cm

Rayos Luz Infrarroja X ultravioleta

1m

100 m

10 km

Ondas de radio

Luz visible

Luz visible

380 nm

430 nm

Absorción de luz (porcentaje)

100

500 nm

560 nm

600 nm

750 nm

Clorofila b Clorofila a

80

Carotenoides

Ficocianina

60 40 20 0

400

450

500

550

600

Longitud de onda (nanómetros)

Figura 6. Prisma con los colores y longitudes de onda.

Glosario 148

650 nm

650

700

750

Bioquímica de la fotosíntesis Volvamos ahora al proceso químico de la fotosíntesis y analicémoslo con mayor detalle desde el punto de vista bioquímico. La fotosíntesis se lleva a cabo principalmente dentro de los cloroplastos de las células de plantas, algas, organismos unicelulares, o bien, dentro de una bacteria fotosintética. Como puede observarse, un factor fundamental para que este proceso pueda llevarse a cabo es la luz. Esta es captada por las plantas a través de la clorofila y de otros pigmentos fotosintéticos. Si observas diversas plantas en un bosque o en un vivero, notarás que no todas tienen el mismo color. Algunas son verde oscuro, otras son más claras, las hay incluso amarillas, rojizas o pardas. Esto se debe a la diversidad de pigmentos y a la proporción en que se encuentren en cada una de ellas. Los pigmentos fotosintéticos son la clorofila a, la clorofila b (verdes), los carotenos (rojos, naranjas), las xantofilas (amarillas) –que se encuentran en la mayoría de las plantas–, la ficocianina (azul) y la ficoeritrina (roja) –presentes en algunas algas– y la bacterioclorofila, que está en las bacterias fotosintéticas. Te preguntarás: ¿para qué tantos pigmentos? Para contestar esa pregunta es preciso recapitular algunas propiedades de la luz. Recordarás que si pasas un haz de luz por un prisma, esta se descompone en varios colores o, más propiamente dicho, en luz con diversas longitudes de onda. La clorofila capta ciertas longitudes de onda, principalmente las que corresponden al violeta y al azul, y también al rojo. La clorofila entonces es verde porque refleja y no absorbe la luz verde. Los distintos pigmentos absorben energía luminosa de distintas longitudes de onda y se la transfieren a la clorofila (figura 6). Esto aumenta la eficiencia del proceso. Es como tener un equipo de antenas para captar distintas señales de televisión. En los cloroplastos, los distintos pigmentos se encuentran formando complejos de antena llamados fotosistemas I y II, en los que predomina la clorofila a, la cual forma el centro de reacción. El proceso fotosintético se inicia cuando las moléculas de clorofila captan la luz. La fotosíntesis se divide en dos etapas o fases: la fase luminosa o dependiente de la luz, y la fase oscura o independiente de la luz, las cuales explicaremos a continuación. Fase luminosa o dependiente de la luz. En la primera fase (figura 7), los fotones o cuantos de luz excitan a los electrones de la clorofila del fotosistema II y los elevan a un nivel altamente energético. Este proceso hace que salgan del complejo en el que estaban y viajen hacia las moléculas del fotosistema I. Al regresar lentamente a su estado basal de energía, estos electrones impulsan la síntesis de atp en las membranas del tilacoide de los cloroplastos.

Cloroplasto. Orgánulo de las células vegetales en el que tiene lugar la fotosíntesis. Tilacoide. Saco aplanado o vesícula que forma parte de la estructura de la membrana interna del cloroplasto. st-editorial.com


NaDpH.

Sol

Sol Si

ste

Aceptor de electrones

ma

Aceptor de electrones

tra

po

rte

de

eH

NaDp+

eNaDpH

ele

ct

ro

ne

s

atp

+

e

atp atp

P

-

e-

Clorofila a del centro de reacción Fotosistema II CO2

e-

2H+

Fotosistema I CH2O

Reacciones fotoindependientes

H2 O 1/2

O2

Figura 7. Fase luminosa o dependiente de la luz.

3 CO2

(Intermediario) 3 C6

3 RDp C5

6 pGa C3

Fijación del CO2

P

Ciclo de Calvin

6 atp

Reducción del CO2

Regeneración del RDp

6 aDp + 6

P

6 pGaL C3

3 atp

6 NaDp

5 pGaL C3 6 pGaL C3

6 NaDp+ Glucosa y otros compuestos orgánicos

Figura 8. Fase oscura o independiente de la luz.

Compuesto reductor que junto con el atp participa en la transformación del CO2 en glucosa.

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de

ns

Nivel de energía

El proceso se ha iniciado, pero ha quedado un hueco en la molécula de clorofila del fotosistema II que perdió un electrón. Ahora se requiere de un donador de electrones y la molécula de agua cubre este requerimiento. Se produce un proceso de fotólisis, es decir, la molécula de agua se rompe por la acción de la luz y es entonces cuando se libera oxígeno. Los iones H+ son captados por una molécula acarreadora, el NaDpH (nicotiamida adenina dinucleótido fosfato), y los electrones cubren los huecos de la clorofila. En resumen, en la fase dependiente de la luz se llevan a cabo los siguientes procesos: • Se excitan los electrones de la clorofila por efecto de la luz. • Se produce atp (para utilizarse en la fase oscura). • Se rompe la molécula de agua. • Se libera oxígeno al ambiente. • Se produce nadph (para utilizarse en la fase oscura). Fase oscura o independiente de la luz. Contrario a lo que pareciera, esta fase de la fotosíntesis no se lleva a cabo en la oscuridad, ni de noche. Se le llama así porque cuando se inicia esta etapa ya se ha atrapado la energía solar en los enlaces del atp y en el nadph, de manera que el proceso ya no depende de la luz para realizarse. Los ingredientes para elaborar una molécula de azúcar ya están listos y se llevan a cabo varias reacciones cíclicas conocidas como ciclo de Calvin, en honor a su descubridor. Para que esta etapa se lleve a cabo requiere de tres reactivos: • atp (producido en la fase luminosa). • nadph (producido en la fase luminosa). • co2 (que la planta absorbe del aire). Este proceso se lleva a cabo en tres etapas: • Primera etapa: se conoce como fijación del carbono; el co2 se combina con un compuesto de cinco carbonos llamado ribulosa difosfato (rdp) y se produce una molécula de seis carbonos. Esta molécula es inestable, se rompe y da lugar a dos moléculas de ácido fosfoglicérico (pga). En cada ciclo entran tres moléculas de co2, por lo que se producen seis moléculas de pga. • Segunda etapa: a partir del pga, con el atp y los hidrógenos del nadph se producen seis moléculas de fosfogliceraldehído (pgal). • Tercera etapa: cinco moléculas de pgal regeneran la ribulosa difosfato y una es utilizada para la síntesis de glucosa. Para la producción de una molécula de glucosa se necesitan dos vueltas del ciclo. Las reacciones se describen en la figura 8, donde se señala la producción de glucosa. Posteriormente, esta puede ser transformada en la planta en sacarosa, almidones y otras biomoléculas, que serán aprovechadas por la misma planta como fuente de energía, así como por los animales.

Glosario 149

BLOQUE 4

R etrato


actividad grupal


Reunidos en parejas…

1. Realicen la siguiente actividad experimental. a. Coloquen sobre una planta recién germinada una cubierta de papel celofán de

Melvin Calvin. Químico y profesor universitario estadounidense. Nació en 1911 y murió en 1997. Detectó, al utilizar carbono 14 radiactivo, la secuencia de reacciones químicas producida por las plantas al convertir dióxido de carbono gaseoso y agua en oxígeno e hidratos de carbono, proceso conocido como ciclo de Calvin. Este científico ganó el premio Nobel de Química en 1961, en reconocimiento a sus trabajos sobre la asimilación del dióxido de carbono por las plantas.

color verde y comparen su crecimiento con otras plantas iguales a las que les coloquen papel celofán transparente y de otros colores. b. Procuren que las plantas reciban aire y agua todos los días. c. Comparen el crecimiento de las plantas. d. Expliquen sus resultados en términos de la longitud de onda de la luz que absorben las plantas.

2. Elaboren un mapa conceptual que explique el proceso de la fotosíntesis, sus fases, los reactivos y los productos de cada una.

Práctica de laboratorio Puedes repasar el contenido estudiado en este tema en la práctica de laboratorio “Pigmentos fotosintéticos”, que se encuentra en la Sección final (p. 216). Elabora un reporte de tu actividad experimental.


Para tener más información acerca de la fotosíntesis, consulta la página: www.biologia.edu.ar/plantas/fotosint1.htm

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Tema 3 Procesos anabólicos relacionados con la nutrición autótrofa: quimiosíntesis y fotosíntesis

Tema 4 Procesos catabólicos que favorecen la obtención de energía: respiración celular y fermentación

Tema 5 Formas de nutrición heterótrofa

Asume el reto ¿Para qué respiramos? Organizados en parejas realicen la siguiente actividad.

1. Uno de los integrantes de la pareja medirá el número de respiraciones por minuto del otro estando en reposo.

2. Posteriormente este deberá brincar con los dos pies, cien veces en un minuto. 3. Nuevamente su pareja medirá el número de respiraciones por minuto. 4. Expliquen los resultados desde el punto de vista bioquímico. ¿A qué se debe el cambio? Anoten sus hipótesis al respecto.

Ya hemos señalado que el metabolismo se divide en anabolismo y catabolismo. El anabolismo abarca las reacciones cuesta arriba, en las que se producen moléculas diversas, y

en las que se requiere de la aportación de energía, como es el caso de la fotosíntesis en la que el Sol aporta la energía necesaria para llevar a cabo la elaboración de azúcares. Los procesos del catabolismo, en cambio, son los que degradan las moléculas y nos permiten obtener de ellas una fuente de energía para los procesos orgánicos. La respiración y la fermentación son procesos del catabolismo. Veámoslos en detalle.

Respiración celular

Cuando respiramos llevamos aire a nuestros pulmones, sin embargo, este proceso no es útil al organismo sino hasta que el oxígeno que entra al cuerpo llega a cada una de nuestras células; entonces se inicia la respiración celular. Todos los organismos necesitan llevar a cabo procesos de respiración celular para obtener la energía que está contenida en los enlaces químicos de los alimentos. st-editorial.com

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BLOQUE 4

Como recordarás, el compuesto que transfiere la energía química necesaria para llevar a cabo todas las actividades de la célula es el atp, que actúa como la moneda, es decir, es el pago que se requiere para cada actividad del organismo.

Energía luminosa

Fórmula general de la respiración celular C6H12O6 Glucosa

Fotosíntesis CO2 + H2O

Moléculas orgánicas + O2

+

6 O2 Oxígeno

6 CO2 Dióxido de carbono

+

6 H2O Agua

+

Energía (atp)

Observa con cuidado la ecuación anterior y compárala con la de la fotosíntesis. Fórmula general de la fotosíntesis 6 CO2 Dióxido de carbono

+

Luz

6 H2O Agua

C6H12O6 Glucosa

+

Clorofila Respiración atp

Energía para sus actividades

Energía calorífica

Figura 9. Transformaciones de materia y energía en plantas y animales.

6 O2 Oxígeno

¿Qué observas? Las dos ecuaciones son contrarias, debido a que los procesos de la fotosíntesis y de la respiración son inversos. En la fotosíntesis se capta la energía solar y se produce glucosa, mientras que en la respiración se transforma la glucosa de nuevo en sus componentes: dióxido de carbono y agua, y se libera energía en forma de atp. Esto nos demuestra la interdependencia que existe entre plantas y animales, ya que intercambian materiales y energía (figura 9).

Fases de la respiración aerobia

El proceso de la respiración celular se inicia en el citoplasma y se concluye en la mitocondria. Consta de tres fases o etapas (cuadro 3). CUADRO 3. ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN AEROBIA atp Sitio donde Requerimientos Etapa producidos se lleva a cabo Glucólisis

Citoplasma

2

Sin oxígeno

Ciclo de Krebs

Mitocondria: matriz

2

Oxígeno

32

Oxígeno

Cadena de transferenMitocondria: crestas cia de electrones

Glucólisis El término glucólisis significa “romper la glucosa” (lisis: romper). Este proceso se realiza en el citoplasma de la célula. Se inicia cuando la glucosa, molécula de seis carbonos, entra a través de la membrana celular. Entonces empiezan a actuar sobre ella diversas enzimas que la rompen hasta convertirla en dos moléculas de tres carbonos, llamadas ácido pirúvico. El proceso consiste en 11 reacciones, lo que da como resultado dos atp por cada molécula de glucosa y la liberación de dos moléculas de H+ que se unen al nad y forman dos moléculas de NaDH. Esta etapa de la respiración no requiere de oxígeno. Esquema de la glucólisis c

c

c

c

Glucosa

c

c

Glucólisis

c

c

c

c

c

c

2 ácido pirúvico + 2 atp + 2 NaDH

Glosario 152

NaDH.

Coenzima que participa en reacciones de óxido-reducción transportando iones hidrógeno y electrones. st-editorial.com


Ciclo de Krebs Esta etapa se lleva a cabo en la mitocondria. El piruvato que se ha formado en la fase anterior entra a la matriz mitocondrial y libera una molécula de co2. Una coenzima se enlaza con el fragmento de dos carbonos y se transforma en acetil coenzima A. En este paso se produce una molécula de nadh por cada piruvato. Se inician varias reacciones que en conjunto se conocen como ciclo de Krebs, en honor a su descubridor, Hans Krebs (1900-1981), quien las describió en 1930. A esta fase también se le llama ciclo del ácido cítrico. Imaginemos que el ciclo de Krebs (figura 10) es como un molino en el que los restos de la glucosa se rompen cada vez más, hasta dejarlos convertidos en dióxido de carbono e hidrógeno. Los hidrógenos son atrapados por moléculas acarreadoras especializadas: el nad (nicotinamida adenín dinucleótido) y el fad (flavín adenín dinucleótido). Así, en esta etapa, por los dos piruvatos, se obtienen cuatro moléculas de co2, dos de atp y, lo más importante, ocho moléculas de nadh y dos de FaDH2. Cadena de transferencia de electrones La etapa de la cadena de transporte de electrones es la más provechosa porque en ella se utilizan los electrones que traen las moléculas acarreadoras para la obtención de atp. Recordemos cuántas se han formado en todo el proceso: • 2 nadh en la glucólisis. • 8 nadh en el ciclo de Krebs. • 2 fadh2 en el ciclo de Krebs.

CO2

CoA Acetil-Coenzima A

Glucólisis → Ácido pirúvico NaD+ NaDH

Acetilo NaDH

CoA

Ácido oxaloacético

NaD+

Ácido málico

Ácido cítrico

Ciclo de Krebs

Ácido fumárico

Ácido isocítrico

FaDH2 NaDH

FaD

CO2

Ácido succínico

Ácido α-cetoglutárico

atp aDp

CO2

NaD NaDH

Figura 10. Principales reacciones del ciclo de Krebs.

Este proceso se lleva a cabo en la membrana de las crestas mitocondriales y consiste en el bombeo de iones hidrógeno de un lado a otro de esta membrana, a través de una serie de moléculas aceptoras. Se obtienen 32 moléculas de atp, una enorme cosecha de energía. El último aceptor de los iones hidrógeno es el oxígeno, así que el último producto que se forma en este proceso es el agua (H2O). Si la célula deja de recibir oxígeno, la cadena de transporte de electrones se detiene, y se deja de producir atp. Asimismo se detiene el ciclo de Krebs, que es un proceso acoplado a esta. Ahora podemos ver la importancia del oxígeno en nuestras células, ya que sin él se deja de producir energía, lo que nos lleva a la muerte. Piruvato. Compuesto orgánico que se sintetiza en el organismo durante el metabolismo de los carbohidratos y las proteínas. FaDH2. Coenzima que actúa como aceptor y dador de electrones y protones en reacciones de óxido-reducción. st-editorial.com

Glosario

153

BLOQUE 4

La eficiencia del proceso respiratorio para la obtención de energía de una molécula de glucosa es bastante alta si la comparamos con la eficiencia de las máquinas que el ser humano ha diseñado. Por cada molécula de glucosa se obtienen 36 moléculas de atp, de las cuales dos se producen en la glucólisis, dos en el ciclo de Krebs y 32 en la fase final, que es la cadena de transporte de electrones (figura 11).

NaDH

NaDH

2e-

+

2ea

2H+

FaDH2

c

2H+

2H+ 2e-

2e1/2 O2

e

d

aDp+p atp

+

2e-

2eb

aDp+p

FaD

H2O

aDp+p atp

atp

Figura 11. Cadena de transporte de electrones. Las letras a, b, c, d y e representan moléculas aceptoras de electrones.




Resuelve los siguientes problemas.

1. Cuando realizamos un ejercicio extenuante se aumenta la frecuencia respiratoria.

Explica, ahora que ya has estudiado este tema, a qué se debe esto desde el punto de vista del proceso bioquímico de la respiración.

2. Existe un veneno llamado cianuro, el cual provoca la muerte con gran rapidez. Se ha

observado que su acción consiste en bloquear la cadena de transporte de electrones en las células. Explica por qué el cianuro produce la muerte.

3. Si a una célula se le eliminaran las mitocondrias, ¿podrían producir atp? ¿Cuánto se produciría por cada molécula de glucosa?

154

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Respiración anaerobia y fermentación

La respiración en los organismos puede ser aerobia (cuando requieren de oxígeno) y anaerobia

(cuando se realiza en ausencia de este). ¿Cuál o cuáles de los siguientes organismos crees que tiene respiración anaerobia: pez, planta, bacteria, almeja? Si elegiste bacteria, ¡acertaste!, porque los únicos organismos anaerobios que se conocen son algunos tipos muy especiales de bacterias, como las que viven en los fondos de los pantanos y las que se desarrollan dentro de algunas latas de alimento, que pueden causar una enfermedad mortal llamada botulismo. También algunos organismos fermentadores, hongos y bacterias, son anaerobios, aunque algunos son facultativos, esto es, que se adaptan a las circunstancias; si hay oxígeno son aerobios y si no lo hay se vuelven anaerobios. Los peces y otros animales acuáticos toman el oxígeno de pequeñas burbujas que se forman en el agua, así que son aerobios, igual que las plantas (figura 12). Desde el punto de vista evolutivo, el primer proceso que desarrollaron las células para extraer energía de los alimentos fue la respiración anaerobia (hay que recordar que en la atmósfera de la Tierra primitiva aún no había oxígeno; la respiración aerobia surgió más tarde, cuando ya se habían desarrollado las plantas y habían provocado un cambio trascendental en la atmósfera terrestre al liberar oxígeno). Los procesos de respiración aerobia y anaerobia están muy relacionados, de hecho, como ya lo hemos señalado, toda respiración aerobia se inicia por un proceso anaeróbico, que es la glucólisis. Glucosa 2 ATP

ácido pirúvico

con oxígeno 34 ATP

sin oxígeno

CO2 + H2O

ácido láctico o alcohol + CO2

rendimiento 36 atp

rendimiento 2 atp

respiración aerobia

fermentación

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Los organismos fermentadores transforman la glucosa en ácido pirúvico o piruvato y, en vez de llevar a cabo el ciclo de Krebs, que sería la siguiente etapa de la respiración, convierten el ácido pirúvico en alguna otra sustancia, como ácido láctico (fermentación láctica) o alcohol y dióxido de carbono (fermentación alcohólica). El rendimiento del proceso es tan solo de dos moléculas de atp por cada glucosa. Es por ello que los únicos organismos que pueden vivir de la fermentación son de tamaño microscópico; un animal grande como un rinoceronte no podría ser fermentador. El proceso de la fermentación ha sido aprovechado por el ser humano desde tiempos muy antiguos para la elaboración de bebidas alcohólicas a partir de jugos dulces, como el de uva que se convierte en vino, el de caña que se convierte en ron o el de la piña que se convierte en tepache. En todos estos casos se requiere de microorganismos que transformen los jugos a través de la fermentación. La fabricación del pan también depende de la fermentación alcohólica. En este caso, a la masa se le pone levadura, un organismo unicelular llamado Sacharomyces, este la fermenta y en el proceso se liberan, en forma de gas, dióxido de carbono y alcohol. Con esto se expande la masa y se logra que el pan quede esponjoso. La fermentación láctica da por resultado la producción de yogur, leche búlgara o queso; es muy utilizada actualmente en la industria alimentaria. Algunos microorganismos que la llevan a cabo son, por ejemplo, los lactobacilos. Este tipo de fermentación también se lleva a cabo de manera natural en nuestros músculos. Cuando realizamos una actividad física intensa, como correr a gran velocidad una corta distancia, no damos tiempo a las células de procesar toda la glucosa por medio de la respiración para obtener atp, entonces algunas moléculas de piruvato se acumulan y se transforman en ácido láctico. Anteriormente se pensaba que el ácido láctico era el causante de la sensación de estar adoloridos, pero estudios recientes sugieren que este dolor podría ser producido por otros factores, como microlesiones en los tejidos musculares involucrados en el ejercicio, según la intensidad y el tipo de movimientos realizados. En la actualidad, se sigue investigando al respecto.

Figura 12. Los peces y la mayoría de los seres vivos respiran oxígeno.

155

BLOQUE 4




1. Cuando empezamos a practicar algún deporte, generalmente sentimos dolor muscular los primeros días, pero después resistimos más el ejercicio intenso. Investiga por qué sucede esto a nivel celular.

2. Los organismos que producen el vino son facultativos. Explica por qué las barricas donde se lleva a cabo la fermentación deben estar bien cerradas, de manera que no les entre oxígeno.

3. Elabora un diagrama de flujo sobre el proceso de respiración aerobia y fermentación.



1. Elabora una lista de los productos alimenticios y bebidas que se obtienen por medio de la fermentación. 2. Investiga el proceso de elaboración de algún producto fermentado que conozcas y entrega un informe escrito e ilustrado sobre tu investigación.

Práctica de laboratorio Puedes repasar el contenido estudiado en este tema en la práctica de laboratorio “Respiración celular”, que se encuentra en la Sección final (p. 217). Elabora un reporte de tu actividad experimental. 156

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Tema 4 Procesos catabólicos que favorecen la obtención de energía: respiración celular y fermentación

Tema 5 Formas de nutrición heterótrofa

Asume el reto 1. Organizados en equipos realicen una visita a los alrededores de su escuela y tomen

nota de todos los seres vivos que encuentren: plantas, hongos, animales. Si hay agua estancada obsérvenla en el microscopio y determinen los organismos existentes en ella. 2. Hagan una lista de los seres vivos observados y anoten de qué manera se alimenta cada uno. 3. De ser posible establezcan las posibles relaciones entre unos organismos y otros en términos de cadenas alimentarias.

Todos los seres vivos de este planeta, como hemos visto, gastan energía en el desarrollo de sus actividades cotidianas, y para recuperar la energía gastada deben obtener nutrimentos. Las formas de nutrición varían de unos organismos a otros. Así, ya hemos visto que existen organismos autótrofos y heterótrofos. Los autótrofos pueden producir sus alimentos a partir de fuentes de carbono, como el co2, y de la aportación de alguna fuente de energía: los quimiosintéticos obtienen su energía a partir de la oxidación de sustancias inorgánicas como el sulfuro de hidrógeno o algunos nitritos, mientras que los fotosintéticos obtienen su energía del Sol. Ya vimos en el tema 3 de este bloque que las plantas son los principales organismos autótrofos de la naturaleza, y debido a que producen alimentos para todos los demás organismos se les conoce como organismos productores, ya que son la base de las pirámides alimentarias de todo el mundo vivo. Centrémonos ahora en la nutrición de los organismos heterótrofos. st-editorial.com

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BLOQUE 4

Nutrición heterótrofa

Nutrición heterótrofa se divide en

holozoica

saprofita

como

parásita como

carnívora herbívora omnívora

ectoparásitos endoparásitos

Los organismos que no producen sus propios alimentos y necesitan una fuente ya elaborada de alimentos son los heterótrofos, los cuales son consumidores de los alimentos que elaboran los productores. A este grupo pertenecen los hongos, los animales, muchos tipos de bacterias y los protozoarios. La forma en que cada organismo obtiene sus alimentos puede variar, por eso, una manera de clasificar la nutrición heterótrofa es la que presentamos en el esquema de la izquierda.

Holozoica

El organismo ingiere sus alimentos en forma sólida y posteriormente los digiere para obtener los nutrientes que contienen. Esta nutrición es característica de los animales; en cada uno de ellos se han desarrollado adaptaciones de acuerdo con la alimentación. Así, por ejemplo, algunos son herbívoros por comer plantas, otros son carnívoros y tienen dientes afilados para desgarrar sus presas, otros comen una variedad de ambos y se les dice omnívoros. También hay quienes comen granos, frutas o insectos, y en cada uno la forma del cuerpo, los dientes, el pico o las garras están adaptadas a su alimentación. Este tipo de nutrición, a base de partículas sólidas, requiere de sistemas digestivos que degraden la materia orgánica hasta convertirla en compuestos sencillos que puedan ser utilizados por las células como fuente de energía.

Saprofita

El organismo absorbe los nutrientes del medio y los descompone por medio de enzimas para obtener la energía que necesita. Los hongos, las levaduras, los mohos y casi todas las bacterias se nutren de esta manera. Estos organismos cumplen una función muy importante en el medio ambiente al reciclar la materia orgánica de plantas y animales muertos. En un tronco caído podemos observar cómo se desarrollan hongos que poco a poco van descomponiendo la madera y la reincorporan al suelo. También, cuando un alimento se descompone, es porque las bacterias que hay en el aire llegan a nutrirse de este y liberan algunos productos de desecho que causan el olor característico que hace que ese alimento ya no sea apetecible. Muchos de los organismos saprofitos llevan a cabo procesos de fermentación, como las levaduras que se utilizan en la elaboración del vino, los lactobacilos que elaboran el yogur, o los hongos que producen el vinagre.

Parásita

En este caso el organismo vive sobre o dentro de otro organismo, al cual perjudica y del que obtiene sus nutrientes por ingestión o por absorción. La forma de nutrición puede ser saprofita, es decir que el organismo obtenga sus nutrientes a partir de líquidos o tejidos del hospedero, o bien holozoica, en la que el alimento se obtenga de partículas sólidas. Algunos parásitos viven sobre el organismo como las garrapatas, los piojos y las pulgas; a estos se les conoce como ectoparásitos. Otros, llamados endoparásitos, viven dentro del organismo que afectan; este es el caso de las amibas, las lombrices intestinales y las bacterias. Existen también parásitos de plantas, y estos pueden ser otras plantas o bien animales que se encuentren dentro o fuera de ellas. Un ejemplo es el de los nematodos, que son pequeños gusanos cilíndricos que llegan a causar importantes pérdidas en los cultivos que parasitan. En su mayoría, estos gusanos se ubican en el suelo, en la raíz de las plantas, que es de donde absorben su alimento. También existen hongos que parasitan a las plantas y causan su marchitamiento o daños diversos. 158

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1. Explica la forma de nutrición de cada uno de estos organismos y detalla en qué consiste. a. Cocodrilo

b. Hongo

c. Garrapata

d. Bacteria sulfurosa

e. Ser humano

f. Amiba

2. Correlaciona las columnas. Quimiosíntesis Heterótrofa Saprofita Fotosíntesis Holozoica

a. Utilización de la luz para producir azúcares. b. Nutrición en la que se ingieren partículas sólidas. c. Se obtienen nutrientes a partir de compuestos inorgánicos. d. Organismo que vive a expensas de otro al cual perjudica. e. Nutrición en la que se absorbe la materia orgánica. f.Tipo de nutrición de animales, hongos y muchas bacterias.

Parásito

3. Elabora en una cartulina un mapa mental ilustrado acerca de los tipos de nutrición en los seres vivos, incluyendo tanto la nutrición autótrofa como la heterótrofa. st-editorial.com

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Evaluación sumativa Heteroevaluación I. Realiza los siguientes ejercicios en tu cuaderno y muestra tus respuestas al docente. 1. Describe cuál es la fuente que provee de energía a todo el mundo vivo. 2. Da un ejemplo de una reacción exotérmica. 3. Explica la función del atp en el organismo. 4. Explica la diferencia entre un organismo autótrofo y uno heterótrofo. 5. ¿Cuál es la relación entre el proceso de fotosíntesis y el de respiración celular? 6. ¿De dónde proviene el oxígeno que liberan las plantas: del agua o del dióxido de carbono? 7. ¿Qué fase del proceso fotosintético se detiene si la planta deja de absorber CO2? 8. ¿En qué fase de la fotosíntesis se produce atp? 9. Explica en qué consiste el anabolismo y da un ejemplo. 10. Menciona tres ejemplos de productos que se obtienen por medio de fermentación. II. E labora un diagrama en tu cuaderno que contenga los siguientes términos: respiración celular, ciclo

de Krebs, glucólisis, cadena de transporte de electrones, atp, oxígeno, mitocondria, citoplasma, glucosa, CO2, H2O.

Autoevaluación

Actividad de la enzima

I. Observa la siguiente gráfica de la actividad de una enzima.

5 6 7 8 9 pH

1. ¿Cuál es el pH óptimo para la actividad de esa enzima?

2. ¿Con qué pH esperarías que ocurriera una desnaturalización?

3. Cuando le agregas limón a un alimento que contiene proteínas, por ejemplo, la leche, ¿qué les puede suceder a las enzimas?

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II. Completa el siguiente cuadro de las formas de nutrición de los seres vivos. Tipo de nutrición

Forma de nutrición

Descripción

Ejemplo

Autótrofo

Árbol de manzanas Quimiosíntesis Hongos Se ingieren partículas sólidas Endoparásito

Heterótrofo

Piojo

III. R eflexiona y responde las siguientes preguntas en tu cuaderno acerca de tu desempeño durante el estudio del bloque.

1. ¿En qué actividad se te presentaron más dificultades?, ¿qué estrategias tomaste para superarlas? 2. ¿Cómo te sentiste trabajando en equipo?, ¿por qué? 3. ¿Qué actividades te resultaron más interesantes?

Instrumentos de evaluación I. Realiza las siguientes actividades. 1. A hora que estás a punto de concluir con el estudio del presente bloque, retoma el problema que se te planteó al inicio (p. 133).


II. U tiliza el siguiente instrumento de evaluación para que ubiques cuáles fueron los desempeños que

alcanzaste en el estudio de este bloque. Suma el total de aciertos de esta rúbrica con el total de aciertos de la valoración anterior que has hecho para que evalúes tu aprendizaje de este bloque. Luego, consulta la siguiente escala. Aspectos a evaluar

3


Reconoces claramente los procesos energéticos que se desarrollan en los seres vivos y que mantienen la vida.


Explicas correctamente las formas de nutrición que realizan los seres vivos para obtener su energía.

Valor

6

2

1

Identificas, con algunas dificultades, los procesos energéticos que se desarrollan en los seres vivos y que mantienen la vida. Reconoces, con algunas dificultades, las formas de nutrición que realizan los seres vivos para obtener su energía.

4

No identificas los procesos energéticos que se desarrollan en los seres vivos y que mantienen la vida. No reconoces las formas de nutrición que realizan los seres vivos para obtener su energía.

2 Total:

Escala Excelente: 5-6 Regular: 3-4 Insuficiente: 1-2 st-editorial.com

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Bloque 5 Valoras la biodiversidad e identificas estrategias para preservarla

Bloque 4


Bloque 5 Valoras la biodiversidad e identificas estrategias para preservarla

• Reconoce la biodiversidad a partir de su clasificación y de las características distintivas de los organismos. • Valora la importancia social, económica y biológica de la biodiversidad e identifica acciones que lo lleven a preservar las especies de su entorno.

Competencias a desarrollar • Elige las fuentes de información más relevantes para establecer la interrelación de la ciencia con la tecnología, la sociedad y el ambiente, en contextos históricos y sociales específicos. • Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas de sus comportamientos y decisiones. • De manera general o colaborativa, identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para resolverlas. • Utiliza las Tecnologías de la Información y la Comunicación para obtener, registrar y sistematizar información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y/o realizando experimentos pertinentes. • Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones aportando puntos de vista con apertura y considerando los de otras personas de manera reflexiva.

• Trabajando en equipo, diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos relativos a las ciencias biológicas. • Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental, advirtiendo que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente. • Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece. • Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos. • Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipos en la realización de actividades de su vida cotidiana enfrentando las dificultades que se le presentan, siendo consciente de sus valores, fortalezas y debilidades.

Introducción

Objetos de aprendizaje Virus: composición química, forma de replicación, criterios para clasificarlos, ejemplos de enfermedades que ocasionan Clasificación de los seres vivos: - Linneo - Whittaker - Woese Dominio Archaea : características generales

L

os seres vivos han ido evolucionando a partir de las primeras células que surgieron en los mares primitivos de hace millones de años. La biodiversidad que conocemos hoy es

enorme, y enriquece de vida nuestro planeta. Sin embargo, el daño que estamos causando en la actualidad a los organismos con los que compartimos este mundo ha sido intenso, y así hemos ocasionado la extinción de miles de especies y hemos puesto en peligro otras más. Es momento de rectificar nuestra forma de actuar y asumir clara conciencia de la responsabilidad que tenemos en la preservación del mundo vivo que nos rodea. Si no lo hacemos hoy tal vez después sea demasiado tarde. Conozcamos en este bloque la gran biodiversidad que existe en nuestro planeta y veamos las formas en que podemos lograr su conservación. Te ofrecemos a continuación un mapa conceptual con los principales contenidos del presente bloque. Biodiversidad

Dominio Eubacteria: estructura, reproducción, respiración, nutrición, formas (cocos, bacilos, entre otros) Dominio Eukaria: tipo celular, forma de nutrición, niveles de organización (unicelulares o pluricelulares), medio en que viven, clasificación

compuesta por

virus

seres vivos

(no se consideran seres vivos)

se clasifican en

dominio Archaea

dominio Eukaria

arqueobacterias

bacterias

se divide en

reino Protista

reino Fungi

reino Plantae

reino Animalia

se divide en

abarca

se clasifica en

algunos ejemplos

algas protozoarios hongos unicelulares

164

dominio Eubacteria

hongos

plantas vasculares plantas no vasculares

poríferos anélidos moluscos artrópodos equinodermos cordados

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Conocimientos

Resuelve lo que se te pide a continuación.

1. ¿Qué es la biodiversidad?

Actividades de enseñanza Búsqueda y clasificación de seres vivos en la comunidad y el entorno inmediato. Investigación sobre criterios de clasificación científicos (taxonómicos) que permiten agrupar la diversidad de organismos vivos. Explicación, con apoyo visual o audiovisual, de las características distintivas de los virus: composición química, forma de replicación, criterios para clasificarlos, ejemplos de enfermedades que ocasionan. Debate acerca de la importancia de clasificar los seres vivos para su estudio.

2. ¿Cuál es la diferencia entre un virus y una bacteria?

Lluvia de ideas que permita reconocer la importancia del cuidado de la biodiversidad. Exposición, con apoyo visual o audiovisual, de las principales características del dominio Eubacteria y Archea (bacterias).

3. ¿Qué importancia tienen los hongos desde el punto de vista ecológico?

Debate sobre la importancia de las bacterias y los problemas actuales generados por estos organismos. Actividad experimental para demostrar los procesos vitales que desarrollan las bacterias.

4. Menciona cinco ejemplos de plantas angiospermas.

5. Menciona cuáles son los principales grupos de animales vertebrados.

Presentación, con apoyo visual o audiovisual, de las características distintivas de los organismos del dominio Eukaria (Protista, Fungi, Plantae y Animalia). Actividad experimental para para observar organismos pertenecientes a los diferentes reinos del dominio Eukaria, o visita a museo, zoológico, jardín botánico o zona natural para este mismo fin. Continúa...

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Actividades de enseñanza Actividad integradora de debate sobre la importancia social, económica y biológica de los organismos del dominio Eukaria, y su relación con la necesidad de preservar la biodiversidad de nuestro planeta.

Habilidades I. E labora un mapa mental para clasificar los seres vivos, de acuerdo a los conocimientos que tengas sobre este tema.

II. ¿Cuál es tu organismo favorito? Anota su nombre, cómo se clasifica y las características más significativas que conozcas acerca de él.

Actitudes y valores I. Menciona tres hábitos de higiene que te pueden proteger del contagio de enfermedades causadas por virus o bacterias.

II. A rgumenta por qué es importante conservar las especies de animales y plantas de nuestro planeta.

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a. R econoce la biodiversidad a partir de su clasificación y las características distintivas de los organismos.

b. Valora la importancia social, económica y biológica de la biodiversidad e identifica acciones que lo lleven a preservar las especies de su entorno.


Un gran fotógrafo Damián es un buzo experto que ha sido invitado a realizar una exploración en la isla de Cozumel. Al llegar a la zona donde va a realizar su exploración observa un bello paisaje, lleno de palmeras, arena blanca y mar de diversos tonos de azul turquesa a verde. El reto para Damián es encontrar gorgonias y fotografiarlas. Se sumerge y empieza a fotografiar: anémonas con sus venenosos y atractivos tentáculos, acompañadas por el

pez payaso que es inmune a su veneno. Observa también estrellas de mar, esponjas de formas tubulares, pulpos que se confunden con las rocas, medusas que asemejan brillantes sombrillas transparentes, anguilas eléctricas que pueden matar a su presa con una descarga… Damián se encuentra fascinado, cuando vislumbra a lo lejos a una mantarraya, un ser que pareciera tener alas que mueve bajo el mar. Luego se encuentra con una tortuga marina, que se mueve lenta y cadenciosamente. Finalmente, logra su objetivo: encuentra las gorgonias que buscaba, son más

bellas de lo que pensaba, tienen forma de abanicos multicolores. Toma excelentes fotografías y al regresar logra ser nominado en un concurso internacional de fotografía, donde obtiene un premio muy merecido por su esfuerzo. Posteriormente, Damián se entera de que en el mar Mediterráneo, en Europa, las gorgonias se encuentran en peligro por la proliferación de una especie de alga verde llamada Caulerpa taxifolia, que las envuelve y perjudica. Damián decide investigar las causas de este problema y las propuestas para solucionarlo.

a1. Investiga qué tipo de organismos son las gorgonias. a2. O bserva en el texto anterior los nombres de todos los seres vivos mencionados y averigua su clasificación: reino, filo y, de ser posible, la clase a la que pertenece cada uno (son 12).

a3. En el texto se menciona un nombre científico. Explica por qué se escribe en latín y quién fue el autor de este tipo de nomenclatura.

b4. Investiga cuál podría ser la causa de que las gorgonias se encuentren llenas de algas. b5. A verigua qué medidas se han tomado en México y en otros países para conservar los organismos que viven en los arrecifes.

b6. Investiga el efecto del calentamiento global en este tipo de ecosistemas. a7. Un amigo de Damián también ha ganado un premio por fotografiar una chimenea submarina, en

la que el agua estaba a más de 100ºC. Averigua qué tipo de microorganismos viven en este tipo de ambientes y escribe su clasificación.

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1. Contrasta tus respuestas a las preguntas del problema con las de tus compañeros del grupo, y entre todos señalen cuáles son las correctas; confírmenlas después con su docente.

2. Reconoce si has logrado los desempeños que se señalan en la rúbrica que se muestra a continuación, indicando las preguntas que contestaste correctamente, y suma tus aciertos. Aspectos a evaluar

3

2

1

Reconoce la biodiversidad a partir de su clasificación y las características distintivas de los organismos.

Reconoces correctamente la biodiversidad a partir de su clasificación y las características distintivas de los organismos.

Identificas, con algunas dificultades la biodiversidad a partir de su clasificación y las características distintivas de los organismos.

No identificas la biodiversidad a partir de su clasificación y las características distintivas de los organismos.

Valora la importancia social, económica y biológica de la biodiversidad e identifica acciones que lo lleven a preservar las especies de su entorno.

Valoras claramente la importancia social, económica y biológica de la biodiversidad e identificas tres o más acciones que te llevan a preservar las especies de tu entorno.

Reconoces, con algunas dificultades la importancia social, económica y biológica de la biodiversidad e identificas dos acciones que te llevan a preservar las especies de tu entorno.

No reconoces la importancia social, económica y biológica de la biodiversidad ni identificas acciones que te lleven a preservar las especies de tu entorno.

Valor

6

4

2 Total:

3. Consulta la siguiente escala para saber tu nota final. Escala Excelente: 5-6 Regular: 3-4 Insuficiente: 1-2 Recuerda que la autoevaluación es para ti, para que te des cuenta de tus logros y de lo que necesitas trabajar para aprender más, así que procura ser siempre honesto en este tipo de valoraciones y determinar cómo puedes mejorar en tus estrategias de aprendizaje.

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Tema 1 Para comenzar...

Virus

Tema 2

Tema 3

Clasificación de los seres vivos

Dominio Eubacteria

Continúa...

Asume el reto Recientemente se ha presentado una pandemia (epidemia que se extendió a muchos países), del virus de la influenza AH1N1. Investiga:

1. El número de personas infectadas hasta ahora en México y el mundo. 2. La forma en que actúa este virus. 3. Las medidas que se han tomado para la prevención del contagio de esta enfermedad. Comparte la información recabada con tus compañeros.

Composición química

Los virus forman parte de la diversidad que observamos en la naturaleza, sin embargo, no cumplen con los requisitos que hemos señalado al hablar de las características de los seres vivos. Son mucho más pequeños que una bacteria, no tienen metabolismo –es decir, no respiran ni se alimentan–, no crecen, no están formados por células y para reproducirse requieren de una célula viva de la cual se apoderan. Es por ello que los virus no forman parte de la clasificación de los seres vivos, ya que no se les ubica en ningún reino. Sin embargo, son importante objeto de estudio debido a las enfermedades que provocan y por su reciente uso en los procesos de la ingeniería genética, ya que se utilizan para donar e introducir genes provechosos dentro de plantas y animales. st-editorial.com

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BLOQUE 5

El término virus fue propuesto por Luis Pasteur en 1884, y en latín significa “veneno”. En aquella época los microscopios no tenían la resolución suficiente para observarlos y no fue sino hasta la invención del microscopio electrónico en el siglo xx que se pudieron ver por primera vez. Se puede decir que todos los virus tienen ciertas características en común, como su estructura y su modo de acción. Están formados por una molécula de ácido nucleico, adn o arn, envuelto en una cubierta de proteína llamada cápside (figura 1). En ocasiones, esta cubierta proteica está rodeada de una envoltura formada a partir de la membrana plasmática del huésped, como en el caso de los virus del sida, la rabia, la hepatitis, la gripe y la viruela. Esta cubierta favorece la introducción del virus para infectar las células. Los virus atacan de manera específica cierto tipo de células, las cuales reconocen. Así, hay virus de bacterias –llamados bacteriófagos–, virus de plantas y virus de animales. El virus de la gripe ataca las células del sistema respiratorio, mientras que el de la hepatitis, las células del hígado. El virus del sida infecta de manera particular las células del sistema inmunológico –los linfocitos– y por eso destruye las defensas del cuerpo.

Proyección

Ácido nucleico

Cápside Capsómero

Envoltura

Figura 1. Partes de un virus.

Forma de replicación

5. Liberación: los nuevos virus salen de la célula huésped.

Pared celular bacteriana Cromosoma bacteriano

1. Fijación: la cápside se combina con el receptor.

2. Penetración: el adn viral entra en el huésped.

Cápside Ácido nucleico

a. Ciclo lítico

4. Maduración: se ensamblan los componentes virales.

3. Biosíntesis: se sintetizan los componentes virales. b. Ciclo lisogénico

Profago Integración: se transmite el adn viral cuando la bacteria se reproduce.

Figura 2. Ciclos de replicación de un virus.

Glosario 170

Los virus pueden replicarse de dos maneras (figura 2): por medio de un ciclo lítico o por un ciclo lisogénico. La replicación de los virus, por medio del ciclo lítico, ocurre de la siguiente manera: Fijación. El virus se coloca sobre la superficie de la célula que va a infectar. Cierta parte de la cápside se empalma con un receptor de la membrana de la célula hospedera. Penetración. El virus inyecta su adn o arn a la célula. La cubierta de proteína se queda afuera. Biosíntesis. Se inactiva el adn de la célula y esta solamente obedece las instrucciones del adn viral. De esta manera, la célula infectada empieza a producir muchas copias de los componentes para formar nuevos virus. Maduración. Los componentes de virus se ensamblan. Liberación. La célula se rompe y libera una gran cantidad de nuevos virus llamados viriones, que infectan más células. El ciclo lisogénico se ha observado en algunos bacteriófagos. En este caso, el virus penetra la célula pero no la destruye, sino que el adn viral se integra al adn de la célula y pasa a formar parte de su patrimonio genético. Así, cuando la célula se reproduce, también duplica el adn viral que trae integrado y que se mantiene en forma latente dentro de ella; por lo que al reproducirse la célula da lugar a muchas otras que contienen el virus latente. En un momento dado, ciertos factores ambientales, como la luz ultravioleta, pueden hacer que el virus entre al ciclo lítico y las células produzcan y liberen muchas copias de este.

Bacteriófago. Virus que ataca bacterias. En la actualidad se le conoce también como fago. st-editorial.com

VALORAS LA BIODIVERSIDAD E IDENTIFICAS ESTRATEGIAS PARA PRESERVARLA

Criterios para clasificarlos

Existen varias maneras de clasificar los virus. Algunos investigadores se basan en sus características morfológicas y otros han propuesto hacerlo de acuerdo con los síndromes que producen. La clasificación de los virus se realiza, principalmente, tomando en cuenta los siguientes aspectos: • El tipo de ácido nucleico que contienen. Pueden tener adn o arn, pero nunca tienen los dos. • Si su adn o su arn son de doble cadena o de cadena sencilla. • La presencia o ausencia de envoltura externa. También se consideran estos otros elementos: • Su tamaño y forma. La forma de los virus puede ser cilíndrica, de muchas caras o hasta de formas complejas. En cuanto al tamaño, este puede variar desde unos 3 o 4 nm hasta unos 300 nm. • Si afectan a células animales, vegetales o bacterianas.

Retrovirus

Los retrovirus son virus de animales que contienen arn. Este tipo de virus porta una enzima especial llamada transcriptasa inversa, que les permite obtener, a partir de una molécula de arn, una copia de adn, que es la que dirige la producción de virus en la célula infectada. Este es el caso, por ejemplo, del virus del sida y de algunos virus causantes de cáncer.

Ejemplos de enfermedades que ocasionan

Los virus (figura 3) causan enfermedades que generalmente son difíciles de combatir, debido a que los antibióticos no los destruyen. Una forma de contenerlos ha sido la realización de campañas intensivas de vacunación para prevenir las enfermedades virales, así como el desarrollo de algunos medicamentos antivirales que disminuyen sus efectos. Sin embargo, un problema importante radica en el hecho de que los virus tienen una alta tasa de mutaciones, y es posible que cuando ya se haya desarrollado una vacuna o un medicamento eficaz para combatir un virus determinado, surja una nueva generación de ese virus resistente a cualquier tipo de tratamiento. Cabe resaltar la importancia que ha tenido en los últimos años el virus del sida –el vih o virus de la inmunodeficiencia humana– por la cantidad de personas que se han infectado y la muerte de hombres, mujeres y niños debida a esta pandemia (epidemia generalizada). El comportamiento sexual en gran número de personas ha cambiado debido a los riesgos que conlleva el adquirir este virus, ya que aún no hay tratamientos efectivos que lo prevengan o lo curen. Otra enfermedad de transmisión sexual que ha cobrado importancia en los últimos años es la que causa el virus del papiloma humano, porque las verrugas que produce este virus se han asociado al desarrollo del cáncer cérvico-uterino. Las relaciones sexuales sin protección parecen ser un factor importante en el desarrollo de este tipo de cáncer, que en México alcanza una cifra elevada de casos. Entre los virus de reciente aparición se encuentra el virus del ébola, que fue descubierto en África. Este produce la fiebre hemorrágica, enfermedad grave que causa la muerte en 90% de los casos. Este temible virus podría ser utilizado como arma biológica. Actualmente se realizan investigaciones para desarrollar medicamentos y vacunas para el tratamiento de esta enfermedad, pero aún no se tiene alguno que haya sido probado en seres humanos. Cabe mencionar también los recientes estragos que ha causado la pandemia del virus de la influenza AH1N1, que alertó a muchos países a poner en marcha la producción y aplicación de vacunas para prevenir más contagios. st-editorial.com

Virus del sarampión

Herpesvirus

Virus de la rabia

Virus del mosaico del tabaco

Bacteriófago Figura 3. Ejemplos de formas de virus. 171

BLOQUE 5

Sin embargo, no solo el ser humano se ve afectado por las infecciones virales; también plantas y animales pueden ser infectados por virus específicos, lo que causa serias pérdidas económicas a agricultores y ganaderos. Cabe mencionar la enfermedad del virus del mosaico del tabaco, el virus de tristeza de los cítricos, o el virus de la papa, que hace que se torne negra y ya no sea posible comercializarla. O las enfermedades que dañan a los pollos, a los cerdos o a los bovinos. El cuadro 1 resume algunas de las enfermedades causadas por virus en el ser humano. CUADRO 1. ENFERMEDADES VIRALES Tipo de Enfermedad Tipo de virus ácido nucleico

Vía de contagio

Síntomas

Rabia

Rhabdovirus

arn

Heridas producidas por mordidas

Fiebre, alucinaciones, hidrofobia, muerte.

Influenza

Orthomixovirus

arn

Aire

Infección de vías respiratorias superiores.

Sarampión

Paramixovirus

arn

Aire

Infección de vías respiratorias, ronchas, tos, fiebre.

Paperas

Paramixovirus

arn

Aire

Inflamación de las glándulas salivales (parótidas).

Poliomielitis

Poliovirus

arn

Agua

Fiebre, rigidez en el cuello, puede causar parálisis.

Rubéola

Rubivirus

arn

Aire

Erupciones de la piel, puede dañar al feto.

Sida

Retrovirus

arn

Sexual, sanguínea

Debilidad general, desarrollo de múltiples infecciones en vías digestivas, respiratorias, piel.

Enteritis aguRotavirus da Resfriado Adenovirus

arn

Agua

Diarrea acuosa, vómito, fiebre, dolor abdominal.

adn

Aire

Congestión nasal, estornudos, tos.

Varicela

Herpesvirus

adn

Aire

Infección en vías respiratorias, erupciones en la piel.

Hepatitis B

Hepadnavirus

adn

Herpes genital Herpesvirus

adn

Sexual, sanguínea Sexual

Debilidad general, náuseas, fiebre, piel amarilla. Ampollas en zona genital, fiebre, dolor.

Viroides y priones

A pesar de que los virus son tan pequeños, existen partículas infecciosas aún más pequeñas, como los viroides y los priones. Los viroides son pequeñas moléculas de arn de una sola cadena que tienen la capacidad de causar enfermedades. Las enfermedades por viroides generalmente causan la atrofia en el crecimiento de algunas plantas. Un caso muy severo de infección por viroides ha sido la enfermedad que ataca a los cocoteros en varias zonas de las islas Filipinas y que ha causado su casi total desaparición. Los priones son más pequeños que los viroides. Están formados solo por moléculas de proteína y, sin embargo, son capaces de autorreplicarse dentro de las células, tal vez al activarse algún gen del adn del huésped para que lo codifique. Generalmente los priones son proteínas que se encuentran en la membrana de las neuronas, por lo que suelen causar enfermedades del sistema nervioso. Un caso muy conocido es el de la enfermedad de las vacas locas, causada por priones. Desarrolla competencias


Reconoce la biodiversidad a partir de su clasificación y de las características distintivas de los organismos.

Entrega un informe acerca de dos enfermedades virales que elijas. El informe debe incluir: tipo de virus, vía de contagio, síntomas, medidas de prevención y avances médicos que se han desarrollado para controlar la enfermedad. 172

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Lee El virus del papiloma humano El virus del papiloma humano (vph) es un virus común que afecta tanto a hombres como a mujeres. Existen más de 100 diferentes tipos de vph. La mayoría de los tipos de vph no causan ningún signo o síntoma y desaparecen sin tratamiento. Sin embargo, ciertos tipos de vph causan verrugas comunes en manos y pies. Alrededor de treinta tipos de vph se conocen como vph genitales debido a que afectan el área genital. Algunos tipos causan cambios en las células del revestimiento del cuello uterino. Si no se tratan, estas células anormales pueden convertirse en células cancerosas. Otros tipos de vph pueden causar verrugas genitales y cambios benignos (anormales pero no cancerosos) en el cuello. Muchos tipos de vph pueden causar resultados anormales en las pruebas de Papanicolaou.

El vph probablemente es más común de lo que se piensa. En el 2001, la Organización Mundial de la Salud calculó que alrededor de 630 millones de personas en todo el mundo (9%-13%) estaban infectadas con el vph. Para el año 2002, la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (iarc) registró 12 516 nuevos casos y 5 777 muertes por este padecimiento en México. Actualmente se sabe que cada dos horas muere una mujer por cáncer cérvico-uterino, enfermedad que en este país es la primera causa de muerte entre las mujeres.

terceras partes de las personas que tienen contacto sexual con una persona infectada desarrollarán una infección por el vph en tres meses.

El vph es altamente contagioso, así que es posible contagiarse al exponerse al virus una sola vez. Se calcula que muchas mujeres se contagian con el vph a edad temprana, en los primeros dos a tres años de haber iniciado su actividad sexual. De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud, dos

Un cálculo aproximado de las autoridades sanitarias prevé evitar la muerte de 3 500 mexicanas al año, siempre y cuando se extienda el uso de la vacuna y esta no sustituya el diagnóstico citológico, conocido como la prueba del Papanicolaou.

Recientemente, la Secretaría de Salud ha aprobado el uso de una vacuna comercial que previene esta enfermedad y que podría disminuir la incidencia de cáncer cérvico-uterino en 70%, de acuerdo a Carlos Aranda, jefe del Servicio de Oncología del gubernamental Instituto Nacional de Perinatología de México.

Fuentes: www.msd.com.mx/msdmexico/patients/vph/viruspapilomahumano.html y www.salud.com/secciones/cancer.asp?contenido=161859 A partir de la lectura resuelve en tu cuaderno las siguientes preguntas.

1. ¿Qué efectos pueden causar los virus del papiloma humano? 2. ¿Qué tan grave es el problema del cáncer cérvico-uterino en México? Exprésalo en términos del número de casos.

3. Además de las vacunas, ¿qué medidas propones para evitar el contagio del virus?

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Tema 1 Virus

Tema 2 Clasificación de los seres vivos

Tema 3

Tema 4

Dominio Eubacteria

Diferencias entre los organismos de los dominios Eubacteria y Archaea

Continúa...

Asume el reto 1. Clasifica la siguiente lista de organismos de acuerdo al criterio que tú decidas y anóta-

la en tu cuaderno: delfín, mariposa, gaviota, lobo, buitre, cangrejo, murciélago, mosca, hipopótamo, jirafa, paloma, tigre, chapulín, almeja, elefante, serpiente, ballena, atún, lagartija, camarón, araña, estrella de mar, pulpo. Compara tu clasificación con la de un compañero. 2. En equipos de seis personas, elaboren tres clasificaciones diferentes de esta misma lista, cada una basada en un criterio diferente. 3. Comparen sus clasificaciones con las de otros equipos y decidan si alguna de las clasificaciones fue la mejor. ¿En qué podemos basarnos para decidirlo? 4. Comenten la importancia de clasificar los seres vivos para el estudio de la biología.

Como puedes ver, hay maneras diversas de clasificar los seres vivos. A través de los siglos han existido distintos criterios para clasificar lo que hay en la naturaleza. Por ejemplo, el griego Teofrasto (372-287 a. C.) clasificaba las plantas en hierbas, arbustos y árboles, y Aristóteles (384-322 a. C.) clasificaba los animales en terrestres, acuáticos y aéreos. También, por ejemplo, Carl von Linneo (1707-1778) clasificaba las plantas por la disposición de estambres y pistilos. Algunas de estas clasificaciones las consideramos clasificaciones artificiales, ya que no se basaban en criterios biológicos que explicaran las relaciones evolutivas que existen entre las diferentes especies. Sin embargo, aquellas fueron útiles, si tomamos en cuenta el objetivo para el cual fueron elaboradas. En la actualidad, para el estudio de la biodiversidad ha resultado de gran utilidad clasificar los organismos de acuerdo a criterios evolutivos para establecer parentescos, semejanzas y divergencias, y así formar árboles filogenéticos que nos muestren el panorama de la historia de los seres vivos. Este tipo de clasificaciones se conocen como clasificaciones naturales. 174

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La sistemática es la ciencia que se dedica al estudio científico de la diversidad de los organismos y sus relaciones evolutivas. Se apoya en las siguientes disciplinas: Taxonomía. Establece los criterios para la clasificación. Clasificación. Ubica los organismos en diversas categorías taxonómicas. Nomenclatura. Establece las reglas para dar los nombres científicos a los distintos grupos y especies. A través del tiempo, los criterios para establecer claramente la forma en que se deben clasificar los seres vivos y la manera de nombrarlos se han ido modificando, de acuerdo a los criterios de los investigadores y los avances científicos de cada época. Veamos a continuación algunos de estos criterios.

Linneo

Uno de los naturalistas que hizo aportaciones de gran trascendencia a la sistemática fue el científico sueco Carl von Linneo (1707-1778), que propuso el sistema binomial para la nomenclatura de las plantas, sistema que más tarde fue adoptado para ser utilizado en animales, hongos y en todos los seres vivos, y que ha perdurado hasta la actualidad. De acuerdo al sistema binomial, el nombre científico (figura 4) tiene varias características: • Consta de dos componentes: el primer nombre se inicia con mayúscula y se refiere al género. El segundo componente, o epíteto, señala la especie; se inicia con minúsculas y jamás se utiliza solo, siempre debe ir acompañado del primero. • Se escribe en latín, para que sea universal y se aplique en cualquier lengua, para evitar confusiones por el uso de nombres comunes que varían de una región a otra. • Debe escribirse con letra cursiva o subrayado. Así, por ejemplo, el nombre científico del maíz es Zea mays, el de perro es Canis familiaris. ¿Cuál es el de la especie humana? Si lo sabes, anótalo en tu cuaderno. En la época de Linneo, la clasificación de los seres vivos se basaba exclusivamente en dos reinos: animal y vegetal. Los hongos, por ser sésiles, es decir, estar fijos al suelo, se consideraban dentro del reino vegetal, y los microorganismos se ubicaban de acuerdo a criterios diversos, como la movilidad o según la presencia o ausencia de clorofila en alguno de los dos reinos. La clasificación en aquella época aún era artificial y se basaba principalmente en características externas, de forma o de algunas funciones, pero sin atender a criterios evolutivos. Sin embargo, Linneo agrupó organismos con características similares en un mismo género, y así fue como estableció, de alguna manera, las posibles relaciones de parentesco entre especies, con lo que daba los primeros pasos hacia una clasificación natural, basada en relaciones evolutivas. Los sistemas de clasificación se fueron modificando con el tiempo y así, en 1866, el biólogo alemán Ernst Haeckel (1834-1919) propuso un tercer reino, el Protista, para dar cabida en él a los diversos microorganismos que eran difíciles de ubicar como plantas o animales.

Figura 4. Gracias al nombre científico, hoy en día los estudiosos de los organismos vivos pueden tener un lenguaje común, válido en cualquier parte del mundo.


Un comité internacional de científicos responsable de la exploración y clasificación de especies ha dado a conocer su clasificación de las diez especies nuevas más destacadas del planeta. Entre ellas encontramos especies diminutas, como un caballo de mar del tamaño de un guisante, otras largas como un insecto que mide casi 60 centímetros de largo, un caracol cuya concha es capaz de enroscarse alrededor de cuatro ejes, una palmera gigante que cuando florece muere y se desploma y la primera planta de café sin cafeína descubierta en África central. Solo en 2007 se descubrieron 18 516 especies nuevas en todo el mundo, las cuales se clasificaron y se les otorgó un nombre de forma oficial. Algunos científicos podrían sugerir que el número de especies nuevas clasificadas y nombradas de forma oficial desde el siglo xviii es cinco veces mayor, próximo a los diez millones.

Whittaker

Más adelante, en 1969, el ecólogo norteamericano Robert H. Whittaker (1920-1980) propuso la clasificación en cinco reinos, de acuerdo al tipo de célula (eucarionte o procarionte) y a las formas de nutrición de los organismos. Así, él definió los reinos de la siguiente manera: st-editorial.com

175


Reino Monera. Organismos procariontes, bacterias y cianobacterias. Reino Protista. Organismos eucariontes, unicelulares o pluricelulares

Árbol filogenético actual En esta ilustración podemos ver la representación gráfica de los tres dominios y los reinos en que se clasifica actualmente a los seres vivos de acuerdo a la propuesta de Woese. Como puede observarse, existe una rama común, el procarionte ancestral, de donde surgen los tres dominios: Eubacteria, Archaea y Eukaria. Los dominios Archaea y Eukaria se desprenden a su vez de una rama común, sin embargo, los organismos del dominio Eukaria son más evolucionados y por eso sus ramas son las que se encuentran más alejadas del procarionte ancestral.

Fungi

Animalia

Plantae

Dominio Eukaria

Dominio Archaea

Dominio Eubacteria

Procarionte ancestral

Protista

simples: protozoarios, algas y algunos mohos. Reino Fungi. Organismos eucariontes, heterótrofos, que absorben sus nutrimentos y que no hacen fotosíntesis: es decir, los hongos. Reino Plantae. Organismos eucariontes, fotosintéticos y pluricelulares; es decir, las plantas. Reino Animalia. Organismos eucariontes, pluricelulares, que se alimentan por ingestión; es decir, los animales.

Woese

Hasta hace pocos años, la clasificación de Whittaker era la vigente, sin embargo, el estudio de las características y composición de las bacterias ha llevado a los investigadores a la conclusión de que hay dos grupos muy diferentes que se separaron temprano en la evolución. Así, ahora distinguimos a las arqueobacterias –posiblemente las más antiguas, caracterizadas por vivir en medios ambientes extremos y por una composición muy peculiar de arn– de las eubacterias –que son las “verdaderas bacterias”, las más familiares para todos–. Asimismo, de acuerdo a investigaciones recientes, se cree que las células eucariontes –con núcleo–, que forman parte de plantas, animales y hongos, surgieron a partir de la misma rama que las arqueobacterias. El investigador norteamericano Carl Woese (1928) ha propuesto que se considere a los dos tipos de bacterias como grupos separados, a los que llama dominios, una categoría más amplia que la de reino, y a los eucariontes como otro dominio. Así, el árbol de la evolución o filogenético que se plantea en la actualidad considera tres dominios: • Archaea (arqueobacterias). • Eubacteria (eubacterias). • Eukaria (eucariontes). En muchos ámbitos de la biología ya se ha adoptado la nueva clasificación propuesta por Woese, en la que se utilizan estos tres dominios y se considera que dentro del dominio Eukaria entran los reinos Protista, Fungi, Plantae y Animalia. La clasificación de los seres vivos no es un proceso acabado; es posible que aún se produzcan más cambios, ya que en la medida en que se hacen nuevos hallazgos se modifica nuestra forma de entender el mundo que nos rodea. Recordemos que esto es parte del avance continuo de la ciencia y debemos mantenernos pendientes de lo que pueda surgir próximamente. En el infográfico 1 podrás revisar el árbol filogenético actual, de acuerdo a lo propuesto por Woese. Observa cómo todas las ramas se derivan de un tronco común. Reconoce la biodiversidad a partir de su clasificación y de las características distintivas de los organismos.



Elabora un mapa mental en el que ilustres con imágenes la clasificación más reciente de los seres vivos (de Woese). Entrega el trabajo a tu profesor. 176

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Tema 2 Clasificación de los seres vivos

Tema 3 Dominio Eubacteria

Tema 4

Tema 5


Dominio Eukaria. Importancia del cuidado de la biodiversidad

Asume el reto ¿Qué sabes de las bacterias? ¿Son buenas o malas? La mayoría de nosotros hemos escuchado acerca de enfermedades causadas por bacterias, de los daños que pueden causar si no tenemos buena higiene en nosotros y en los alimentos que consumimos. Pero, ¿existen bacterias buenas? ¿Cuáles son? ¿Qué beneficios nos traen? Elabora una lista escrita de por lo menos diez ejemplos de bacterias benéficas. Compártela y coméntala en clase.

Estructura

Las bacterias, como se mencionó anteriormente, son organismos procariontes. Según los registros existentes, se han detectado fósiles con 3 500 millones de años de antigüedad y se cree que durante 2 000 millones de años las bacterias fueron los únicos seres vivos sobre la Tierra. Las bacterias presentan una enorme diversidad de formas y de estrategias de nutrición. Se han adaptado a todos los ambientes y se reproducen con gran rapidez si las condiciones son favorables. Por fuera contienen una pared protectora y algunas tienen también una cápsula, una especie de capa viscosa. Otras poseen flagelos que las impulsan para moverse; existen algunas que tienen fimbrias, semejantes a pelos que las ayudan a fijarse en su huésped cuando son parásitas. Por dentro, la célula bacteriana solo tiene su citoplasma, el adn en forma de un solo cromosoma y algunos ribosomas que realizan la síntesis de proteínas (figura 5). st-editorial.com

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BLOQUE 5

Reproducción

Flagelos

Pili

Citoplasma Nucleoide Cápsula Pared celular Membrana citoplasmática Ribosomas

Figura 5. Estructura celular de una bacteria.

Las bacterias se reproducen por fisión, un proceso que consiste en que la célula se divida en dos después de haber duplicado su material genético. Este tipo de reproducción es asexual, de hecho no existen bacterias de sexo femenino o masculino; sin embargo, se ha observado que en algunas ocasiones una bacteria puede ser capaz de inyectar en otra una pequeña porción de adn, esta pequeña porción se llama plásmido. Este pequeño fragmento de adn pudiera traer información para, por ejemplo, hacer que la bacteria sea resistente a la penicilina. En ese caso, una bacteria transfiere a otra una característica que favorece a su especie y que incrementa la variabilidad genética. A este proceso se le llama conjugación. Las bacterias que se enfrentan a condiciones desfavorables forman endosporas, en las que el material interior se deshidrata y se forman tres gruesas capas protectoras. De esta manera pueden resistir condiciones muy adversas de falta de nutrientes, sequía y temperaturas elevadas o demasiado bajas. Cuando la endospora se encuentra en condiciones propicias y le entra agua, la bacteria se rehidrata y se reproduce rápidamente, sin importar el tiempo que haya permanecido en ese estado. Una bacteria que encuentra condiciones adecuadas de temperatura y humedad se puede duplicar cada 20 minutos.

Respiración y nutrición

Las formas de respiración y nutrición de las bacterias son de lo más variado que existe en la naturaleza. En lo que respecta a la respiración, existen algunas aerobias y otras anaerobias obligadas, es decir, que no sobreviven cuando hay oxígeno libre. Otras son anaerobias facultativas, las cuales se adaptan a las condiciones del medio: si hay oxígeno lo aprovechan para sus procesos respiratorios, y si no lo hay, realizan un proceso más breve –la fermentación– para obtener energía de los alimentos. Con respecto a la nutrición, algunas bacterias son autótrofas y en ellas se pueden observar distintos tipos de procesos: • Las que evolucionaron primero –es decir, que son muy primitivas– contienen bacterioclorofila y utilizan la luz solar pero no liberan oxígeno a la atmósfera (fotosíntesis anoxigénica). • Las que tienen clorofila similar a la de las plantas y que sí liberan oxígeno (fotosíntesis oxigénica). Estas bacterias se llaman cianobacterias o algas cianoficeas, y tienen una enorme importancia ecológica, ya que ocupan grandes extensiones en los mares y son responsables de la liberación de gran parte del oxígeno que respiramos. • Las que realizan la quimiosíntesis y que por lo tanto no requieren del Sol, sino que obtienen sus nutrientes a partir de reacciones de oxidación sobre sustratos inorgánicos. Sin embargo, también existen bacterias heterótrofas, que obtienen sus nutrientes de otros seres vivos. En general, las bacterias de este tipo pueden ser: • Saprofitas: descomponen la materia orgánica, alimentos, organismos muertos. • Parásitas: se alimentan de otro organismo vivo al que perjudican y le causan enfermedades. 178

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actividad grupal


Organizados en parejas, elaboren un mapa conceptual en el que indiquen todas las formas de nutrición y respiración de las bacterias.



Elabora tu propio yogur:

1. Coloca medio vaso de leche en un lugar tibio. 2. Agrega dos cucharadas de yogur natural y agita la mezcla. 3. Deja reposar por 12 horas y observa el cambio producido en la leche. Si lo deseas, puedes dejar que la fermentación continúe por unas horas más.

4. Lleva una muestra de tu yogur a la escuela y observa en el microscopio las bacterias (lactobacilos) que han realizado la fermentación.

5. Elabora un reporte de tus observaciones. 6. Agrega fruta picada, azúcar, mermelada o lo que desees, y disfruta del yogur que has obtenido.

Formas y criterios de clasificación

Las bacterias se han clasificado por su forma: cocos, bacilos o espirilos (figura 6). Estas formas se pueden presentar agrupadas, en cuyo caso se habla de estreptococos (cadenas de cocos) o estreptobacilos (cadenas de bacilos). También en ocasiones los cocos se aglomeran y forman una especie de racimos de uvas, que se conocen como estafilococos. Otro criterio que se utiliza para clasificar las bacterias es por su respuesta a un procedimiento de tinción, que fue diseñado hace más de cien años por el bacteriólogo danés Hans C. Gram (1853-1938). Este procedimiento se conoce como tinción de Gram y se basa en distinguir la consistencia de la pared bacteriana, la cual está formada por peptidoglucano. En algunas bacterias la pared es muy gruesa (Gram positivas) y en otras es sumamente delgada (Gram negativas). Este ha sido uno de los criterios más utilizados para clasificar las bacterias. Tradicionalmente, la forma de clasificar las bacterias incluía, además de las características ya mencionadas, la presencia de endosporas, metabolismo, forma de nutrición y de crecimiento. De esta manera, existen alrededor de quince grupos de bacterias ya clasificadas. Sin embargo, en tiempos muy recientes, Carl Woese ha propuesto una nueva forma de clasificar las bacterias, a partir de comparaciones entre su arn ribosomal. De acuerdo con este criterio, se reconocen doce grupos de bacterias, entre las que se mencionan las cianobacterias, las espiroquetas, las purpúreas, las sulfurosas y otras más. Este nuevo criterio de clasificación aún está en proceso de ser adoptado por todos los bacteriólogos.

a. Bacilos

b. Espirilos

Importancia de las bacterias

Las bacterias han sido utilizadas desde la Antigüedad para la producción de alimentos como el queso, la mantequilla, el vinagre y la leche fermentada o yogur, y para producir sustancias de uso industrial, como el alcohol o la acetona. st-editorial.com

c. Cocos Figura 6. Clasificación de las bacterias. 179

BLOQUE 5

También participan en importantes procesos ecológicos, por ejemplo, en el ciclo del nitrógeno. Las plantas leguminosas tienen en sus raíces nódulos en los que viven bacterias que transforman el nitrógeno atmosférico y el del suelo en sustancias químicas accesibles para la planta. Esto enriquece el suelo y favorece el desarrollo de otras plantas que crecen en esa zona. Por otra parte, la descomposición de la materia orgánica de las plantas y los animales que mueren permite que sus componentes se reciclen. Este proceso no podría llevarse a cabo sin la acción de las bacterias, así que su importancia ecológica es fundamental para que la vida en la Tierra pueda continuar. Algunas bacterias también viven en el aparato digestivo de algunos animales y les ayudan a digerir los alimentos. Tal es el caso de la vaca, que no podría digerir el pasto que ingiere sin la ayuda de bacterias específicas. Nosotros también CUADRO 2. ENFERMEDADES BACTERIANAS Enfermedad Bacteria

resultamos beneficiados por las bacterias, ya que algunas de ellas viven en nuestro intestino y producen vitaminas K y B12, las cuales cumplen funciones importantes para el organismo. En realidad, los beneficios que nos proporcionan las bacterias son muy grandes con relación al daño que puedan causar. Sin embargo, cabe mencionar que algunas bacterias son patógenas, es decir, causan enfermedades. Para combatirlas se han desarrollado varias estrategias, y de ellas la más exitosa ha sido el uso de antibióticos, los cuales generalmente interfieren con la síntesis de su pared celular, y logran que las bacterias se rompan. Los antibióticos se obtuvieron por primera vez a partir de hongos como el Penicillium, pero en la actualidad se obtienen también a partir de otras bacterias. En el cuadro 2 se muestran algunas de las principales enfermedades causadas por bacterias.

Vía de contagio

Síntomas

Ántrax Botulismo

Bacillus anthracis Clostridium botulinum

Aire, piel Latas contaminadas

Daño en piel y pulmones. Puede ser mortal. Convulsiones, paro respiratorio.

Tétanos

Clostridium tetani

Heridas expuestas

Parálisis respiratoria, muerte.

Tuberculosis Neumonía

Micobacterium tuberculosis Aire Streptococcus pneumoniae Aire

Sífilis

Treponema pallidum

Sexual

Gonorrea

Neisseria gonorreae

Sexual

Lesiones en órganos genitales.

Fiebre tifoidea

Salmonella tiphi

Alimentos contaminados

Diarrea, fiebre, debilidad.

Cólera

Vibrio cholerae


Diarrea, fiebre, deshidratación.

Salmonelosis

Salmonella sp


Diarrea, fiebre, vómito, dolor abdominal.



Daño al sistema respiratorio. Fiebre elevada, daño a pulmones. Lesiones en genitales, daño al sistema nervioso y reproductor.


Resuelve los siguientes problemas.

1. Algunas bacterias han tenido ciertas mutaciones que las han llevado a desarrollar resistencia a los anti-

bióticos y la transfieren a otras por procesos de conjugación. En México, debido a que los antibióticos se han vendido libremente, sin necesidad de receta médica, hay cada vez mayor resistencia de las bacterias a los antibióticos. Explica a qué podría deberse este fenómeno.

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2. Imagínate esta situación: Un vaso de leche tenía 20 bacterias a las siete de la mañana y se quedó fuera del refrigerador. Como el día fue caluroso, las bacterias se reproducían duplicándose cada 20 minutos. Responde: a. ¿Cuántas bacterias tenía el vaso de leche 12 horas después?

b. ¿Sería conveniente consumirlo? ¿Por qué?

3. Comenta sobre las formas de evitar enfermedades causadas por bacterias. Anota por lo menos cinco medidas de prevención.



Organizados en equipos, elaboren un periódico mural donde muestren los diferentes aspectos de la importancia de las bacterias, tanto las benéficas como las perjudiciales. Explíquenlo a sus compañeros.


Para tener más información acerca de las enfermedades humanas producidas por bacterias, consulta la página: www.bio-nica.info/biblioteca/BacteriasEnfermedades.pdf

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Tema 3 Dominio Eubacteria

Tema 4

Tema 5



Asume el reto ¿Qué sabes acerca de las arqueobacterias? Realiza una investigación en Internet acerca de este tipo de bacterias y elabora un informe escrito. Recuerda la importancia de buscar en fuentes confiables y de extraer solo la información más relevante sobre el tema.

Las arqueobacterias son microorganismos muy antiguos que surgieron hace alrededor de 3 500 millones de años. Sus características son tan diferentes de las de las bacterias, que han sido la causa del cambio en la clasificación de los seres vivos, propuesta por Woese recientemente; ahora pertenecen a un grupo distinto: el dominio de las arqueas. Aunque al observarse al microscopio pudiera parecer un microorganismo común, el ambiente en que se desarrollan las arqueas resulta muy peculiar, ya que viven a temperaturas elevadas –por arriba de los 100°C– o bien en medios sumamente ácidos –hasta de pH 0– o en aguas muy saladas, donde ningún otro ser vivo podría sobrevivir. Las arqueobacterias parecen contarnos una historia, la del origen de la vida, demostrándonos que no importa lo extremo de las condiciones que hubo en la Tierra primitiva, ya que, por ejemplo, los primeros seres vivos pudieron haber surgido en los cráteres de volcanes submarinos. De hecho, una de las teorías actuales propone a las arqueobacterias como representantes de los primeros organismos vivos sobre la Tierra. 182

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En cuanto a su estructura, las arqueobacterias difieren de las eubacterias en la composición química de su pared y de su membrana celular, así como en las secuencias de su arn, como se muestra en el cuadro 3. CUADRO 3. DIFERENCIAS ENTRE ARQUEOBACTERIAS Y EUBACTERIAS

Membrana Pared arn

Arqueobacterias

Eubacterias

Lípidos formados por glicerol unido a cadenas de hidrocarburo. Formada por glicoproteínas o solo por proteínas.

Lípidos formados por glicerol, unido a cadenas de ácidos grasos. Formada por peptidoglucano. Secuencias diferentes a los eucariontes y arqueobacterias.

Secuencias parecidas a las de los eucariontes.

El tamaño de las arqueobacterias (o arqueas) va de 0.5 a 5 micras, y pueden tener forma de bastones, cocos y espirilos (figura 7). Se reproducen generalmente por fisión.

Figura 7. La arqueobacteria Staphylothermus marinus puede sobrevivir a temperaturas mayores a 135°C (aumento: 27 000x).

Criterios de clasificación

Arqueobacterias Termófilo extremo

Termófilo moderado Mesófilo

Tasa de crecimiento

Las arqueobacterias se clasifican de acuerdo con el ambiente en que se desarrollan (figura 8). Así, se dividen en: Metanogénicas o productoras de metano. Viven en pantanos, intestinos de animales y otros ambientes anaeróbicos, es decir, carentes de oxígeno; producen metano a partir de hidrógeno y dióxido de carbono. El metano se libera en la atmósfera y contribuye al efecto invernadero. Halófilas. Viven en ambientes con elevadas concentraciones de sal (entre 12% y 15%, cuatro veces más que la salinidad del mar). Habitan en lugares como el Gran Lago Salado de Utah o en el mar Muerto, donde con anterioridad se creía que no existía la posibilidad de vida por su alta salinidad. Termoacidófilas. Viven en ambientes muy ácidos y calientes, como las fuentes termales, géiseres, grietas hidrotérmicas submarinas y alrededor de volcanes. Llegan a sobrevivir a temperaturas por arriba de los 100°C y resisten un pH 0, el más ácido que existe.

Psicrófilo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 110 120

Temperatura °C

Figura 8. Diversidad de temperaturas a las que sobreviven las bacterias y arqueobacterias. La mayoría de las bacterias son mesófilas y algunas son termófilas moderadas, mientras que las arqueobacterias sobreviven a muy altas y a muy bajas temperaturas.

Importancia de las arqueobacterias

Hasta la fecha no se conocen arqueobacterias que causen enfermedades, por lo que no se consideran microorganismos peligrosos. La importancia de este grupo radica en que forman parte de los ecosistemas como organismos saprófitos que reciclan la materia orgánica; algunos también son productores, porque son autótrofos. Además, las arqueobacterias nos han permitido descubrir la historia de la evolución de la vida en la Tierra; estos microorganismos nos dan una pista acerca de cómo pudieron haber sido los seres vivos de hace unos 3 500 millones de años, y han dado lugar a nuevas hipótesis sobre el origen de la vida en el planeta. st-editorial.com

183

BLOQUE 5




Imagina que descubres un nuevo microorganismo y después de un examen cuidadoso determinas que debe clasificarse en el dominio Archaea. ¿Cuáles características podrían llevarte a tomar tal decisión? Elabora una lista en tu cuaderno. Este será un desafío personal para ti; enfréntalo con seguridad y creatividad. Reconoce la biodiversidad a partir de su clasificación y de las características distintivas de los organismos.


Anota B o A, según el enunciado que se refiera a bacterias o arqueobacterias.

1. 2. 3. 4. 5.

Tienen membrana y citoplasma. Su pared está formada por peptidoglucano. Viven en ambientes extremos: altas temperaturas, medios muy ácidos o salobres. Causan algunas enfermedades como la neumonía. Su arn es similar al de los eucariontes. Es posible que hayan sido los primeros seres vivos que surgieron en los mares primitivos.

Lee Las vacas y el efecto invernadero Los gases emitidos por los intestinos de las vacas son en parte responsables del efecto invernadero. Cada uno de estos animales –y hay millones de ellos– produce a diario entre unos 3 y 4 litros de gas metano principalmente en sus eructos; y entre 1 000 y 1 500 litros por año. Si se multiplica este valor por el número de vacas vivas, podemos ver que contribuyen con un 5% del total de los gases de efecto invernadero. Para entender cómo es posible que una vaca pueda producir un gas combustible hay que mirar en su interior. Las vacas producen gas metano cuando digieren su alimento, debido a que no poseen aire (ni oxígeno) en sus estómagos, por

lo que se encuentran repletos de bacterias especializadas (arqueobacterias metanogénicas) que las ayudan en sus procesos digestivos. Durante años hemos leído que el CO2 es el responsable del efecto invernadero, así que ¿por qué es peligroso el metano? Pues porque pese a que el metano permanece menos tiempo en la tropósfera que el CO2 (12 años contra 100 años), es capaz de absorber 24 veces más calor que el CO2. El gran número de vacas que existen en nuestro planeta para alimentar a la mayor parte de la población mundial que consume su leche y carne, ha propiciado

que este problema sea cada vez mayor. Para resolverlo, se han hecho varias propuestas, entre ellas la de evitar consumir carne vacuna y sus derivados, o bien la de modificar la dieta de estos mamíferos, utilizando trébol blanco y otras leguminosas. Esto limitaría en gran parte la emisión de gases. Por su parte, científicos de la Universidad de Hohenheim, en Alemania, han desarrollado una píldora que, junto a una dieta especial, reduce también estas emisiones. En Japón, un equipo de la Universidad de Agricultura de Obihiro propone otra píldora que, a un costo de 50 centavos de dólar al día y por animal, solucionaría el problema sin afectar la calidad de la leche.

Fuentes: www.biologia.edu.ar/bacterias/arqueobacterias.htm y www.neoteo.com/ las-vacas-sus-flatulencias-y-el-efecto-invernadero.neo A partir de la lectura, organicen con toda la clase un debate considerando los siguientes puntos: • Opciones más viables para resolver el problema planteado en términos realistas, de acuerdo a la localidad donde viven. • El doble daño que se causa cuando se destruyen áreas verdes para introducir ganado.

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Tema 4

Tema 5



Asume el reto 1. Realiza una visita a algún zoológico, zona natural o jardín botánico cercano a tu localidad.

2. Observa con cuidado los organismos que encuentres e investiga datos acerca de su clasificación, su forma de nutrición, de reproducción y de vida.

3. De ser posible toma fotografías que incorpores a tu reporte de la actividad realizada.

Los organismos del dominio Eukaria son los más familiares para nosotros: las plantas, los hongos, los animales y algunos microorganismos forman parte de este dominio. Veamos características más específicas de los organismos de cada reino, así como su importancia ecológica y para el ser humano. Como ya se había mencionado, los organismos eucariontes son todos aquellos que tienen células nucleadas y organelos. En este dominio se ubican cuatro reinos: Protista, Fungi, Plantae y Animalia. En ellos se conserva el criterio dado por Whittaker, quien clasificó a estos organismos de acuerdo principalmente con su modo de nutrición y con su organización (pluricelular o unicelular). La forma de definir los cuatro reinos se resume en el cuadro 4. st-editorial.com

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BLOQUE 5 CUADRO 4. CARACTERÍSTICAS DE LOS REINOS Tipo de Tipo de Reino Complejidad célula nutrición

Eukaria Motilidad

Ejemplo

Protista

Eucarionte

Unicelular (la mayoría)

Fotosíntesis o heterótrofos

Algunos con cilios o flagelos

Amiba

Fungi

Eucarionte

Pluricelular (casi todos)

Heterótrofos, saprofitos

Inmóviles

Hongo

Plantae

Eucarionte

Pluricelular

Fotosíntesis

Inmóviles

Trébol

Animalia

Eucarionte

Pluricelular

Heterótrofos por ingestión

Móviles en su mayoría

Estrella de mar

Veamos ahora cómo se clasifican los organismos dentro de cada reino.

Reino Protista

En la Antigüedad, todos los seres vivos se agrupaban solo en dos reinos: plantas o animales. De hecho, generalmente es fácil decidir si un organismo que observamos es una planta o un animal, pero cuando se descubrieron los microorganismos ya no fue tan sencillo ubicarlos en alguno de los dos reinos. Se llegó a establecer el criterio de que si hacían fotosíntesis eran plantas, y si eran heterótrofos y se movían eran animales. Pero ¿cómo clasificarlos si eran fotosintéticos y móviles, o si hacían fotosíntesis cuando había luz y se volvían heterótrofos en la oscuridad? Finalmente, para evitar problemas se propuso la creación de un nuevo reino en el que se incluirían a todos los organismos que fueran unicelulares y eucariontes. Este reino se llamó Protista. Posteriormente se decidió incluir también en este reino a las algas pluricelulares, por ser demasiado primitivas para ser consideradas plantas, y se propuso que el reino se llamara Protoctista. En la actualidad se manejan ambos nombres, Protista o Protoctista, de manera indistinta. Los protistas, por lo tanto, son organismos en su mayoría unicelulares, muy diversos en cuanto a sus formas de nutrición y locomoción. Se ha pensado que en realidad son varios reinos en uno y que tal vez en el futuro se separen de acuerdo con sus características particulares. Veamos a continuación los protagonistas de este reino.

Protozoarios

186

Fungi

Plantae

Animalia

dirección o para englobar alimentos. Se dice que este tipo de organismos forman pseudópodos o falsos pies. Cuando se alimentan forman vacuolas digestivas donde se liberan enzimas para degradar los alimentos. En condiciones adversas, pueden formar quistes para resistir y volver a su estado activo cuando haya condiciones más propicias. Dentro de este grupo están las amibas (figura 9), algunas de las cuales tienen vida libre, mientras que otras son parásitos de diversos organismos. En los seres humanos pueden causar la disentería amibiana, la cual se manifiesta en forma de diarreas muy severas. Otro ejemplo son los foraminíferos, radiolarios y heliozoarios, que tienen formas muy hermosas y se encuentran en las aguas dulces y saladas. Algunos de estos microorganismos se cubren con conchas de sílice, que pueden formar enormes depósitos en el fondo del mar.

Vacuola contráctil

Vacuolas digestivas Citoplasma

Mitocondrias

Núcleo

Organismos heterótrofos, semejantes a los animales pero en formas unicelulares, algunos de los cuales tienen cierta movilidad. Se les ha clasificado, entre otras características, de acuerdo con su forma de locomoción en: Sarcodinos. Pertenecientes al filo Sarcomastigophora, estos microorganismos poseen membranas plasmáticas flexibles que pueden cambiar de forma para moverse en cualquier Glosario

Protista

Nucleolos Membrana plasmática Pseudópodo

Figura 9. Amiba.

Filo. Categoría taxonómica que agrupa organismos con características similares, por debajo del nivel de reino. st-editorial.com

VALORAS LA BIODIVERSIDAD E IDENTIFICAS ESTRATEGIAS PARA PRESERVARLA Vacuola alimentaria

Cilios

Macronúcleo Surco oral Vacuola alimentaria en formación Micronúcleo Vacuola contráctil

Figura 10. Tripanosoma (aumento: 400x).

Zooflagelados. Este tipo de protozoarios se carac-

teriza por tener como medio de locomoción uno o más flagelos, los cuales producen un movimiento en forma de látigo que impulsa al zooflagelado para moverse con rapidez en el agua. Pertenecen también al filo Sarcomastigophora. La mayoría de los organismos de este tipo son de vida libre y habitan en aguas dulces o saladas; algunos pueden vivir en suelos húmedos. Existen también algunos flagelados que viven en simbiosis, es decir, asociados a otros organismos para un beneficio en común. Tal es el caso de los que viven en el sistema digestivo de las termitas y les ayudan a digerir la madera. Algunos de estos microorganismos son parásitos, como el Tripanosoma, que causa la enfermedad del sueño, la cual es transmitida por la picadura de la mosca tsé-tsé. El Tripanosoma (figura 10) tiene un complejo ciclo de vida, parte del cual transcurre en el aparato digestivo de la mosca y parte en el hospedero mamífero. La enfermedad del sueño puede ser mortal y afecta principalmente a la población africana. Ciliados. Del filo Ciliophora, son los protozoarios más complejos debido a las estructuras que contienen. Su forma de locomoción es por medio de cilios, que recubren la membrana en forma total o parcial y vibran para darle movilidad a la célula (figura 11). En estos microorganismos se advierte la presencia de un macronúcleo y un micronúcleo, el primero controla las funciones de la célula y el segundo su reproducción. Contienen una vacuola contráctil que puede eliminar el exceso de agua, y tienen un surco oral que funciona como una especie de boca. Un ejemplo representativo de este grupo es el Paramecium, el cual presenta interesantes respuestas ante los estímulos del medio, lo que da la impresión de que tuviera un sistema nervioso desarrollado. En general, los organismos de este st-editorial.com

Poro anal

Figura 11. Esquema de ciliado.

grupo tienen vida libre y no causan enfermedades importantes en el ser humano. Esporozoarios. Se caracterizan por carecer de medios de locomoción en su forma adulta y por ser todos parásitos. Se les llama así porque forman esporas infecciosas que se pueden transmitir de un organismo a otro. Forman parte del filo Apicomplexa. Generalmente tienen dos hospederos, en los que desarrollan su ciclo vital. Un ejemplo es el Plasmodium vivax, que causa la malaria o paludismo, enfermedad transmitida por la picadura del mosquito Anopheles hembra. Parte de su ciclo de vida se lleva a cabo en las glándulas salivales y en el estómago del mosquito, y cuando este pica a una persona, el Plasmodium se desarrolla en el hígado y luego en la sangre, donde destruye los glóbulos rojos, lo que ocasiona fiebres recurrentes y debilidad en todo el cuerpo. La enfermedad se disemina de una persona a otra por medio del mosquito y causa problemas serios en lugares donde proliferan este tipo de insectos, en especial zonas cálidas y húmedas donde hay cuerpos de agua estancada, como en varias zonas de África y del sureste mexicano.

Algas unicelulares y pluricelulares

Realizan la fotosíntesis y son todas acuáticas. Se dividen en: Crisofitas. Este grupo se conoce también como diatomeas o algas doradas (figura 12). Toman este color debido a un pigmento llamado ficoxantina. Las diatomeas, junto con otras algas unicelulares, constituyen la base de la pirámide alimentaria debido a los procesos fotosintéticos que realizan. Forman parte del plancton, conjunto de seres microscópicos que enriquecen las aguas dulces y marinas, y que son importante fuente de alimento para todos. 187

BLOQUE 5

Figura 12. Alga dorada (aumento: 100x).

Figura 13. Dinoflagelado (aumento: 50x).

Figura 14. Euglena (aumento: 130x).

Figura 15. Lechuga de mar. 188

Estos microorganismos son muy hermosos ya que tienen cubiertas de sílice que parecen una pequeña caja de vidrio, la cual puede tomar formas geométricas muy variadas. Al morir las células, las cubiertas quedan como depósitos en el fondo del mar, y forman lo que se conoce como tierra de diatomeas, la cual es ligeramente abrasiva y se llega a utilizar para la elaboración de pastas dentales y limpiametales. Pirrofitas. Los organismos de este grupo se conocen como dinoflagelados. Tienen dos flagelos y generalmente pared celular. Uno de los flagelos envuelve la pared y el otro le sirve como medio propulsor. La mayoría vive en el mar donde son una importante fuente de alimento para otros organismos. Muchos son bioluminiscentes, esto significa que brillan en la oscuridad. Algunas especies de dinoflagelados (figura 13) son las causantes de la marea roja. Esta se produce cuando las condiciones ambientales propician la reproducción excesiva de estos microorganismos. En este caso, los peces mueren porque se obstruyen sus branquias o porque el oxígeno se agota en el agua debido a la descomposición de miles de millones de dinoflagelados que mueren. Los moluscos, como las ostras y las almejas, no mueren, sin embargo, concentran en su cuerpo el veneno paralizante que poseen los dinoflagelados y pueden causar daños muy serios al ser humano que los consuma, incluso la muerte. Euglenofitas. Este tipo de algas tiene como representante principal a Euglena (figura 14), organismo unicelular de características muy particulares que lo hacen parecer un ser intermedio entre planta y animal, ya que no tiene pared celular y se mueve por medio de un flagelo. Contiene cloroplastos con los que puede llevar a cabo la fotosíntesis, pero si se le coloca en la oscuridad los cloroplastos desaparecen y el organismo se vuelve heterótrofo. Euglena posee una mancha ocular que le permite detectar la luz, la que busca para realizar la fotosíntesis. Estos organismos forman parte del plancton y es alimento de peces y otros animales del mar. Clorofitas o algas verdes. Este grupo es el más numeroso y variado. Las algas verdes deben su color a la presencia de clorofila a y b. Contienen gránulos de almidón y pared celular de celulosa. Estas tres características hacen que se les considere emparentadas directamente con las plantas terrestres. Las algas verdes viven por lo general en agua dulce y solamente 10% está constituido por especies marinas. La mayor parte de las especies viven fijas al suelo, por lo que se les llama bentónicas, pero también existen las planctónicas que flotan libremente. Pueden encontrarse en formas unicelulares, de filamentos, colonias o bien en formas pluricelulares. Algunas de las algas verdes más conocidas son la Spirogyra, que forma filamentos delgados; Volvox, que se presenta como colonia formada por miles de células; y la Ulva o lechuga de mar (figura 15), que tiene el tamaño y la forma de una lechuga y es pluricelular. La importancia de las algas verdes radica en que contribuyen significativamente a la producción de oxígeno que enriquece el agua y el aire, y favorecen de esta manera la vida. Feofitas o algas pardas. Las algas pardas (figura 16) son todas pluricelulares, y en su mayoría son marinas. Contienen st-editorial.com


clorofila a y c, así como ficoxantina, la cual les da su color característico. Pueden vivir en el fondo del mar, o bien, sujetas en las rocas cercanas a la costa, donde golpean las olas. Logran resistir la falta de agua cuando baja la marea porque contienen sustancias mucilaginosas que las protegen de la desecación. Otras tienen estructuras llenas de aire que les permiten flotar en el mar. Algunas de estas algas llegan a ser muy grandes y forman verdaderos bosques submarinos, que dan refugio a muchas especies; otras, como el sargazo, flotan sobre el agua y crean grandes masas que incluso pueden dificultar la navegación. Tal es el caso del mar de los Sargazos, que se encuentra en el océano Atlántico, en el que se pueden apreciar grandes masas de estas algas que a lo lejos semejan alfombras de tierra. Las algas pardas son importantes porque dan alimento y hábitat a los organismos marinos, además son utilizadas como fuente de alimento humano y como fertilizante. También de ellas se extrae una sustancia llamada algina, que se utiliza en la industria alimentaria para dar consistencia a helados, cremas y quesos; se usa por otro lado en la fabricación de cosméticos. Algunos ejemplos de algas pardas son: Sargassum y Fucus, las cuales flotan en el agua, y Macrocystis, que puede formar grandes bosques submarinos. Rodofitas o algas rojas. Las rodofitas son principalmente marinas, y viven en el fondo de mares tropicales. Todas son pluricelulares, su color es rojo, pardo rojizo o violáceo. Contienen clorofila a y ficoeritrina, que les da el color rojo. Estas algas pueden captar la luz que se filtra hasta zonas profundas del mar y son fuente de alimento para los heterótrofos que viven en esos ambientes. Algunas de ellas forman depósitos de calcio y contribuyen a la formación de arrecifes. Se les utiliza como fuente alimenticia para el ser humano, y también se extraen de ellas sustancias como la carragenina, que se utiliza en la industria alimenticia, en la elaboración de pinturas y de cosméticos. Otro de los productos que se obtienen de ellas es el agar, el cual se utiliza en los laboratorios de investigación como medio de cultivo.

Figura 16. Alga parda.

Figura 17. Plasmodio de Physarum (aumento: 60x).

Hongos unicelulares

Tienen características muy particulares, como pasar por etapas flageladas y alimentarse de manera saprofita. Se clasifican en: Mixomicetos. Son organismos que parecieran haber salido de un cuento fantástico. No tienen una forma definida, son una masa gelatinosa y pegajosa de color naranja o amarillo brillante que se desliza lentamente por el suelo, y se alimentan por fagocitosis de materia en descomposición de bosques y campos agrícolas. La estructura que forman se conoce como plasmodio (figura 17), y es un conjunto multicelular en el que no se distingue la membrana entre una célula y otra, por lo que se ve al microscopio como una masa multinucleada. Cuando la temporada es desfavorable, se desarrollan esporangios o bolsitas llenas de esporas sobre el plasmodio. Las esporas pueden sobrevivir hasta que vuelva a haber humedad suficiente para su germinación. La función de estos organismos en la naturaleza es el reciclaje de materia orgánica mediante la descomposición. Ficoxantina. Pigmento orgánico que le da el color amarillo-pardo a las algas doradas o pardas. Ficoeritrina. Proteína de color rojo, del gupo de las ficobilinas, soluble en agua, característica de las algas rojas. st-editorial.com

Glosario 189

BLOQUE 5

Acrasiomicetos. Son organismos unicelulares que se

mueven de manera similar a una amiba. Su tamaño es muy pequeño, por lo que no se ven a simple vista. Se alimentan de bacterias y otros microorganismos. Su forma de nutrición es saprofita, es decir, descomponen la materia orgánica y, por lo tanto, enriquecen el suelo. Este tipo de organismos solo pueden sobrevivir en medios muy húmedos y en condiciones desfavorables pueden formar esporas. Oomicetos. Se les llama también mohos acuáticos, porque la mayoría vive en el agua, aunque también pueden vivir en suelos muy húmedos. Su estructura

es filamentosa y tienen paredes celulares formadas por celulosa. En general solo se alimentan de materia en descomposición, sin embargo, algunos llegan a parasitar peces, insectos o plantas. Su importancia radica en los daños que han llegado a causar en algunos cultivos de vid, papa y aguacate, donde han producido pérdidas económicas considerables e, incluso, en el caso de la papa, provocaron la hambruna que hubo en Irlanda hace unos 150 años y que causó la muerte de muchas personas. En resumen, se presenta el cuadro 5 sobre los protistas:

CUADRO 5. PROTISTAS Filo

Nutrición

Características

Ejemplo

Sarcomastigophora Heterótrofos (Sarcodinos)

Locomoción por pseudópodo o falsos pies.

Disentería amibiana Entamoeba (amibiasis).

Sarcomastigophora Heterótrofos (Zooflagelos)

Locomoción por pseudópodo o por flagelos.

Tripanosoma (mal del sueño).

Ciliophora

Heterótrofos

Locomoción por cilios.

Paramecium (vida libre).

Apicomplexa

Heterótrofos

Esporozoarios, parásitos obligados, sin movilidad.

Plasmodium (causa la malaria).

Crisofitas

Fotosintéticos Algas doradas o diatomeas, conchas de sílice. Navícula (forma la tierra de diatomeas).

Pirrofitas

Fotosintéticos Dinoflagelados, dos flagelos, bioluminiscentes.

Gonyaulax (causa la marea roja).

Euglenofitas

Fotosintéticos Puede cambiar de fotosintético a heterótrofo.

Euglena (vida libre).

Clorofitas

Fotosintéticos

Feofitas

Fotosintéticos Algas pardas, marinas, algunas muy grandes.

Sargassum (mar de los Sargazos).

Rodofitas

Fotosintéticos Algas rojas, marinas, pluricelulares.

Porphyra (fuente de alimento en Japón).

Algas verdes, principalmente de agua dulce, ancestros de las plantas.

Ulva (lechuga de mar).

Mixomicetos

Saprofitos

Masa gelatinosa que se desliza en el suelo, plasmodio multinucleado.

Acrasiomicetos

Saprofitos

Viven en suelos húmedos, descomponedores.

Dyctiostellium (se usa en experimentos).

Oomicetos

Saprofitos

Hongos filamentosos, pueden causar enfermedades a plantas y peces.

Plasmopara vinícola (daño a la vid).


actividad grupal

Physarum (moho deslizante).


Reunidos en equipos de cuatro estudiantes, realicen lo siguiente:

1. Investiguen en algún centro de salud o por Internet acerca del número de casos de amibiasis que se presentan en su ciudad.

2. Consulten acerca de los síntomas y órganos que se afectan por esta enfermedad. 3. Hagan un cartel donde propongan medidas para prevenir la amibiasis.




1. Elabora un mapa mental ilustrado de los protistas. 2. S eñala y anota tres aspectos de la importancia de los organismos que conforman este reino. 190

st-editorial.com


Reino Fungi (hongos)

Seguramente has observado los hongos, ya sea del tipo de los champiñones o de los silvestres que abundan en el campo en época de lluvias. Si los has tenido en tu mano habrás percibido su consistencia suave y esponjosa. También son hongos los mohos que se forman en las tortillas o el pan cuando están en proceso de descomposición, o los que se utilizan para la elaboración del pan y el vino, es decir, las levaduras. Los hongos pertenecen al reino Fungi, y se caracterizan por ser sésiles –que están fijos al suelo– y por ser saprofitos –que se alimentan por descomposición y absorción de materia orgánica–. Todos son pluricelulares, excepto las levaduras, que son unicelulares. Los hongos están formados por células llamadas hifas, las cuales tienen forma de filamentos y se agrupan para formar un tejido primitivo llamado micelio (figura 18). El micelio se desarrolla dentro de la fuente de alimento en la que está creciendo el hongo y después forma el cuerpo fructífero. Las paredes celulares de los hongos están formadas por quitina, que las distingue de las células de plantas que contienen paredes de celulosa. Estas células se separan una de otra por medio de septos, los cuales pueden tener poros que permiten el paso directo de sustancias. Generalmente las células de los hongos tienen uno o dos núcleos. La forma de nutrición es principalmente saprofita: el hongo libera enzimas que primero digieren el alimento de manera extracelular, es decir, fuera de su cuerpo, y después absorben la materia orgánica ya procesada. También hay algunos hongos parásitos que causan enfermedades a plantas, animales y al ser humano, y otros que se asocian a algún tipo de organismo para lograr un beneficio común, como el caso de los líquenes –resultado de la asociación de un hongo y un tipo de alga– y las micorrizas –asociaciones entre las raíces de una planta y un hongo.

Hifa Septo

Núcleo

Micelio

Figura 18. Esquema de hifas y micelio.

La reproducción en los hongos puede ser sexual o asexual. Los hongos pueden liberar millones de esporas que se desarrollarán al llegar a algún ambiente propicio, que sea suficientemente húmedo, cálido y de preferencia oscuro. Las esporas pueden ser el producto de la fusión de dos células sexuales, lo cual generará individuos genéticamente diferentes a los progenitores. La forma en que se producen y acomodan estas esporas es uno de los criterios de clasificación de los hongos. La reproducción asexual se basa en el desarrollo de un individuo a partir de un fragmento de hifa modificado, o el desarrollo de esporas de un solo hongo sin que haya fusión de células sexuales. Existen muchos tipos de hongos, como podemos ver en el cuadro 6.

CUADRO 6. CLASIFICACIÓN DE LOS HONGOS Filo Zigomicetos

Estructuras reproductoras Zigosporas, esporangios.

Ascosporas envueltas en sacos Ascomicetos llamados ascas. Basidiosporas acomodadas en Basidiomicetos basidios. No se ha observado Deuteromicetos reproducción sexual.

Tipo de hongo Mohos. Mohos y setas, algunos unicelulares. Setas con su sombrero o formas variadas. Microscópico.

Hifa. Célula alargada, carente de clorofila, característica de los hongos. Micelio. Conjunto de hifas, que forma el cuerpo o la masa que conforma a un hongo. st-editorial.com

Ejemplos Rhizopus (moho negro del pan). Sacharomyces (levadura). Agaricus (comestible), Amanita (venenoso). Trichophyton (pie de atleta).

Glosario 191

BLOQUE 5

Figura 19. Hongo de pan Rhizopus nigricans, en el que se observan los esporangios, estructuras reproductoras (aumento: 4x).

Veamos una breve descripción de cada tipo de hongos:

Zigomicetos. Este tipo de hongos viven en el suelo o

en materia en descomposición, ya sea vegetal o animal. Una especie muy familiar para nosotros es Rhizopus, el moho negro que se le forma al pan cuando se empieza a descomponer (figura 19). Si observamos este moho al microscopio podremos observar unas estructuras llamadas esporangios, que contienen las esporas de la fase asexual de su ciclo de vida. Ascomicetos. Se les llama también hongos con saco, y forman estructuras llamadas ascas, en las que se encuentran las esporas que se generan por su reproducción sexual. Los ascomicetos (figura 20) viven en el suelo de los bosques, entre ellos las colmenillas y las trufas. Algunos forman el moho de colores que aparece en las tortillas y otros alimentos. En este grupo también se incluyen las levaduras, las cuales se pueden reproducir de manera asexual por gemación. Basidiomicetos. En este grupo se encuentran los hongos más conocidos para nosotros, como los champiñones, los hongos de repisa que se forman en los troncos de los árboles, los de forma oval o redonda, y también algunos hongos parásitos como el huitlacoche, que si bien en otros países es visto como una plaga, en México es un delicioso manjar. También a este grupo pertenecen algunos hongos venenosos, como Amanita, y otros alucinógenos, como Psilocibe mexicana. Deuteromicetos. Este en realidad no es un grupo, sino el sitio donde se colocan a todos los hongos cuya forma de reproducción sexual aún no ha sido descubierta. Se les llama también hongos imperfectos. A medida que se han estudiado, algunos hongos de este grupo se han ubicado en el verdadero filo al que pertenecen al determinar su forma de reproducción sexual. Un ejemplo de hongo

Glosario 192

Figura 20. Ascomicetos (aumento: 750x).

de este grupo es el que causa la tiña y el pie de atleta, llamado Trichophyton.

Importancia de los hongos

La importancia de los hongos puede resumirse de la siguiente manera: • Desde el punto de vista ecológico son indispensables para el reciclaje de la materia orgánica, sin el cual la vida en la Tierra no podría continuar. • Se utilizan desde tiempos ancestrales en la elaboración de productos alimenticios como el pan, el vino, la cerveza y el queso. • Son una valiosa fuente de alimentación para el ser humano, como los champiñones, las setas, las trufas. • A partir del hongo Penicillium se produjeron los primeros antibióticos, los cuales dieron un giro muy importante a la medicina, al aumentar el promedio de vida del ser humano. • Algunas especies se utilizan en la industria para producir ácidos orgánicos, como el cítrico, láctico o gálico. • Algunos causan enfermedades a las plantas –las llamadas royas y tizones–, que pueden ocasionar importantes pérdidas económicas a los agricultores. • Algunos producen enfermedades en animales y el ser humano, como el pie de atleta, la tiña, la candidiasis. • Una enfermedad grave causada por hongos es el ergotismo, que se produce por el consumo de pan de centeno contaminado y que causa alucinaciones, dolores musculares y en algunos casos hasta la muerte. • Algunos son alucinógenos y se utilizaban en ritos indígenas en nuestro país, como el Psilocibe mexicana. • Existen especies venenosas que pueden llegar a causar la muerte de quien los ingiere, como la Amanita muscaria.

Gemación. Modo de reproducción asexual caracterizada por separarse del organismo una pequeña porción, llamada yema, que se desarrolla hasta formar un individuo semejante al reproductor. st-editorial.com

VALORAS LA BIODIVERSIDAD E IDENTIFICAS ESTRATEGIAS PARA PRESERVARLA actividad grupal


Reconoce la biodiversidad a partir de su clasificación y características distintivas de los organismos.

R etrato

1. Organizados en equipos, elaboren un collage con imágenes de hongos y de los aspectos relacionados con sus usos e importancia.

2. Expliquen su collage al resto del grupo.

Práctica de laboratorio Puedes repasar el contenido estudiado en este tema repasado en la práctica de laboratorio “Protistas y hongos”, que se encuentra en la Sección final (p. 218). Elabora un reporte de tu actividad experimental.

Reino Plantae (plantas)

El reino Plantae abarca todos los organismos eucariontes y pluricelulares que realizan la fotosíntesis. Este reino abarca más de 260 000 especies, y las hay en muy diversos entornos, desde los climas más fríos, hasta los desérticos, los acuáticos, los rocosos, etc. Las plantas pueden ser pequeñas hierbas, apenas visibles, o árboles enormes de más de cien metros de altura. Se piensa que las plantas surgieron evolutivamente a partir de las algas verdes, que son las más similares a ellas. Cuando la vida abundaba en los mares de hace unos 400 millones de años, la tierra firme se encontraba en total desolación y aridez. Un paisaje de aquellos tiempos sería seguramente como el de la superficie de Marte, o de algún desierto terrestre. Sin embargo, algunas algas verdes que se encontraban en las márgenes de ríos o lagos comenzaron a adaptarse a la vida fuera del agua, y modificaron para siempre el paisaje terrestre.

Alexander Fleming. Famoso médico escocés (1881-1955). Descubrió en 1928, de manera casi accidental, el poder destructor de los hongos Penicillium sobre las bacterias. A partir de este hallazgo se desarrollaron los antibióticos. También descubrió la proteína antimicrobiana llamada lisozima.

Evolución de las plantas

Lo que observas en la figura 21 es la historia muy simplificada de la evolución de las plantas. Las primeras plantas terrestres probablemente se originaron a partir de las algas verdes y fueron las briofitas; un ejemplo de ellas son los musgos. Estas plantas carecen de sistema vascular, por ese motivo son pequeñas, solo pueden vivir en lugares húmedos. Se reproducen por medio de esporas y tienen un ciclo alternante de reproducción sexual y asexual.

Planta con flores (angiospermas) Pinos (gimnospermas) Helecho (pterofitas)

Musgos (briofitas)

Aparecen flores y frutas Aparecen semillas

Aparece el sistema vascular

Invaden el medio terrestre Algas verdes

Clorofila a y b paredes de celulosa

Figura 21. Evolución de las plantas.

Sistema vascular. Conjunto de tejidos especializados que conducen agua, sales minerales y productos elaborados por la planta. st-editorial.com

Glosario 193

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Clasificación de las plantas

traqueofitas

plantas sin semilla

briofitas

plantas con semilla

musgos

gimnospermas

helechos o pterofitas

angiospermas

Las primeras plantas vasculares aparecieron hace 350 millones de años y pudieron crecer mucho más que los musgos. Algunos representantes más familiares para nosotros de estas primeras plantas vasculares son los helechos o pterofitas, que producen esporas y tienen un ciclo alternante de reproducción. Las primeras plantas que ya no se reproducían por esporas, sino por semilla, fueron las gimnospermas, las cuales tienen semillas desnudas, es decir, no tienen ni fruto ni flor. Un ejemplo son los pinos o los ahuehuetes; los pinos se reproducen por medio de conos o piñas donde se producen sus semillas. Las plantas con flores aparecieron hace unos 100 millones de años. Estas tienen semillas encerradas en un fruto y se les conoce como angiospermas. Hay alrededor de 230 000 especies conocidas hasta ahora, aunque quizás existan más. Veamos estos datos en el cuadro 7. CUADRO 7. CARACTERÍSTICAS DE LAS PLANTAS Tipo de planta Sistema vascular Semillas o esporas

Flor y fruto

Briofitas (musgos)

No

Esporas

No

Pterofitas (helechos)

Sí

Esporas

No

Gimnospermas (pinos)

Sí

Semillas

No

Angiospermas (rosal)

Sí

Semillas

Sí

La clasificación de las plantas se basa en las características que acabamos de mencionar. Existen muchos grupos de plantas, pero aquí solo mencionaremos las más conocidas (ver esquema de la izquierda).

Briofitas

Figura 22. Musgos.

Como ya se ha mencionado, las primeras plantas que invadieron el medio terrestre fueron pequeñas, del tipo de los musgos (figura 22). Estas plantas carecen de un sistema vascular, por lo que no tienen raíces verdaderas, sino rizoides, su tallo no pasa de unos cuantos centímetros, y en vez de hojas poseen unas pequeñas escamas llamadas filidios. Para la reproducción, los musgos requieren del agua porque sus células sexuales masculinas deben nadar hacia las femeninas. En su fase de reproducción asexual, se forma una cápsula que libera esporas, las cuales son diseminadas por el viento y se desarrollarán donde encuentren un ambiente propicio. Los musgos tienen gran importancia porque al retener el agua evitan la erosión de los suelos. En algunos casos se añaden a un terreno, o a un jardín para mejorar la absorción de humedad. Los musgos son llamados plantas pioneras, porque son las primeras que se desarrollan cuando un ecosistema se ha destruido por derrumbes, inundaciones o fuego; también son formadores de suelo, porque al crecer sobre rocas crean una zona donde pueden crecer otras plantas.

Traqueofitas

Figura 23. Helecho. 194

Las únicas plantas terrestres que carecen de sistema vascular son las briofitas. Todas las demás son plantas vasculares, las cuales han desarrollado un sistema que permite el transporte de agua y materia elaborada a través de toda la planta. Esto favoreció el crecimiento y el desarrollo de hojas grandes que pudieran aprovechar mejor la luz solar. A todas las plantas vasculares se las reúne en el grupo de las traqueofitas. Dentro de este existen nueve filos, pero solo mencionaremos los más conocidos: st-editorial.com


Helechos o pterofitas. Los helechos (figura 23) se

caracterizan por tener hojas grandes llamadas frondas. Estas crecen a partir de unrizoma, el cual es su sistema de fijación al suelo y de absorción de nutrientes. La reproducción de los helechos tiene una fase sexual y una fase asexual. La fase sexual requiere de agua para que la célula masculina nade hacia las estructuras femeninas. Esto ha limitado el hábitat de los helechos a regiones húmedas donde pueda reproducirse. Cuando crece el embrión de helecho da lugar a la planta que conocemos y, en cierto momento, las hojas o frondas se llenan de puntos de color café llamados soros, donde se guardan las esporas. Estas son liberadas al ambiente para la dispersión y el desarrollo de nuevas plantas. Existen unas 12 000 especies de helechos y en las zonas tropicales algunos alcanzan grandes alturas. Se utilizan para ornato y son parte de los ecosistemas actuales, principalmente de zonas subtropicales y tropicales. Los helechos, junto con otras plantas que vivieron hace unos 300 millones de años, llegaron a formar grandes bosques, que con el tiempo quedaron atrapados en depósitos bajo tierra y por el efecto de la temperatura y la presión llegaron a convertirse en combustibles fósiles, que han sido parte importante del desarrollo industrial actual. Gimnospermas. Fueron las primeras plantas con semilla; su nombre significa “semillas desnudas”, es decir, plantas que producen semillas pero que no tienen flores o frutos. Muchas de ellas son poco familiares para nosotros, como las cicadáceas, o el Ginkgo biloba, que es un árbol de Japón; pero las más conocidas son las coníferas, que incluyen a los pinos, los ahuehuetes, el cedro, el ciprés, el oyamel, el enebro y las sequoias, las cuales pueden llegar a medir más de 100 metros de altura. Hasta hace unos 250 millones de años, las plantas habían logrado invadir con cierto éxito el medio terrestre, pero aún tenían que estar supeditadas a regiones donde la humedad permitiera la reproducción sexual. Por ese motivo, el desarrollo del polen y de las semillas tuvo gran impacto en los territorios que abarcaron las plantas; este proceso significó un importante avance evolutivo para ellas. El polen, que contiene al espermatozoide, puede volar por el aire y encontrarse con la célula femenina para fecundarla, sin que haga falta un medio húmedo para que nade hacia ella. En el caso de las coníferas, existen piñas o conos masculinos de donde se libera el polen y este puede encontrar al óvulo en las piñas femeninas. La semilla se desarrolla entonces, y se libera al aire, que es el medio por el cual se logra su dispersión. Las coníferas viven generalmente en climas fríos o templados y resisten este clima gracias st-editorial.com

a sus hojas aciculares, que son delgadas y escamosas. Además, contienen una resina que actúa como anticongelante y le da al pino su olor característico. Son importantes para el medio ambiente porque los bosques que constituyen oxigenan el aire. Su madera es utilizada en la fabricación de muebles y papel, y sus resinas tienen uso industrial, por lo que la explotación de los bosques tiene gran importancia desde el punto de vista socioeconómico. Angiospermas. Conforman al grupo más amplio de plantas, con aproximadamente 230 000 especies. Prácticamente todas las plantas que conocemos, excepto las que ya hemos mencionado, son angiospermas. El éxito adaptativo de estas plantas se debió al desarrollo de tres estructuras: la flor, el fruto y hojas más anchas. La flor, formada por hojas modificadas en el transcurso de la evolución, se encuentra generalmente asociada a insectos, los cuales facilitan la fecundación al transportar polen en su cuerpo. Para lograr que el insecto se convirtiera en un ayudante para transportar el polen, la planta desarrolló una especie de anuncio publicitario que atrajera la atención. Así, los colores, las formas, el néctar, los aromas de las flores, se convirtieron en un atractivo irresistible y se produjeron lazos estrechos entre insecto y planta. Algunas flores pueden recibir a cualquier insecto como polinizador, mientras que otras se especializaron tanto que dependen de una sola especie para su reproducción. El sistema fue tan eficiente, que las plantas con flores empezaron a proliferar en todos los ambientes, desde acuáticos, hasta montañosos, desérticos y llanuras, “vistiendo” a la Tierra de bellos colores. El fruto fue otro gran avance evolutivo que favoreció la dispersión de las semillas. Los frutos son pequeños “regalos” que la planta hace a los animales con el fin de que le ayuden a dispersar sus semillas. En algunos casos, la semilla debe atravesar el aparato digestivo del animal para poder germinar, lejos de donde se originó; en otros casos, los frutos no son comestibles, sino simplemente se pegan al pelaje de los animales. Las angiospermas desarrollaron mejor su sistema vascular, de tal manera que pudieron tener hojas más anchas y así incrementar la tasa de fotosíntesis. Esto se refleja en un mayor crecimiento, la posibilidad de producir sustancias de reserva y de adaptarse a distintos ambientes. Entre las adaptaciones que han desarrollado las angiospermas, la producción de sustancias protectoras contra organismos herbívoros ha sido aprovechada por el ser humano, ya que generalmente ese tipo de sustancias puede tener usos medicinales. 195

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Las angiospermas se dividen en monocotiledóneas y dicotiledóneas. Las primeras incluyen principalmente a gramíneas o pastos, las palmas y la caña de azúcar. Desde el punto de vista económico, este grupo es muy importante porque incluye cereales como trigo, arroz y maíz, base de la alimentación a nivel mundial. Las dicotiledóneas abarcan 75% de las angiospermas, como los árboles frutales y las plantas de ornato. La importancia de las angiospermas es muy grande desde el punto de vista ecológico, debido a la cantidad de oxígeno que producen y por constituir el hábitat de la mayoría de especies de animales del planeta. Desde el punto de vista socioeconómico, son el sustento de todos nosotros porque nos alimentamos de ellas; la agronomía


de un país puede ser determinante para los niveles de vida de sus habitantes. De ellas obtenemos fibras para vestirnos, como el algodón o el lino, madera para usos diversos y 90% de nuestros medicamentos. Lamentablemente, la explotación y el uso de los recursos naturales, dado el enorme crecimiento de la población y la falta de conciencia para conservar nuestros recursos, nos ha llevado a destruir entornos naturales, a empobrecer los suelos disminuyendo las posibles áreas de cultivo y a limitar la biodiversidad al concentrarnos en plantar solo pocas especies. Es muy importante la planeación y la concientización para lograr el desarrollo sustentable, es decir, el uso racional de los recursos para las generaciones futuras. Valora la importancia social, económica y biológica de la biodiversidad e identifica acciones que lo lleven a preservar las especies de su entorno.


1. Investiga cuáles son las plantas más utilizadas para la alimentación y como materia prima en la industria de la zona donde vives. Anótalas en un cuadro donde señales el nombre de cada planta y su uso.

2. Elabora una lista de diez plantas medicinales y sus usos.

Reino Animalia (animales)

Los animales son organismos pluricelulares y heterótrofos que se alimentan por ingestión. En general, son móviles, aunque hay algunos que viven fijos al suelo del océano, como las anémonas. Si bien se originaron en el mar, se han adaptado a toda clase de ambientes y a todos los climas. La clasificación de los animales (figura 24) se basa principalmente en su desarrollo embrionario, en su simetría y, más recientemente, en su adn. Este reino se clasifica en unos 35 filos, pero solo vamos a mencionar los más importantes.

Poríferos

Este filo abarca las esponjas (figura 25), organismos marinos y sésiles, es decir que viven fijos al suelo del mar. Las esponjas no tienen tejidos verdaderos, en realidad están formadas por la unión de células que trabajan de manera casi independiente. Las esponjas tienen muchos poros pequeños por los que entra el agua, y una o más aberturas grandes llamadas ósculos, por donde sale el agua. Las células, de manera prácticamente individual, absorben los nutrientes y el oxígeno del agua y liberan sus desechos para que así salgan por el ósculo. 196

Artrópodos (crustáceos, insectos) Moluscos (caracoles, almejas)

Anélidos (gusanos segmentados)

Cordados (vertebrados)

Equinodermos (estrellas de mar) Nemátodos (gusanos redondos)

Platelmintos (gusanos planos) Cnidarios (medusas)

Protista ancestral

Poríferos (esponjas)

Figura 24. Clasificación de los animales. st-editorial.com


Las esponjas se pueden reproducir de manera sexual por la fusión de células sexuales, o de manera asexual, cuando un pedazo de ellas se desprende y da lugar a una nueva esponja. La mayoría de las esponjas viven en aguas marinas y están fijas al suelo o a rocas subacuáticas. Tienen formas irregulares y algunas tienen esqueletos calcáreos, mientras que otras están hechas de material suave, como la espongina. Se utilizaban antes como esponjas de baño, pero ahora han sido sustituidas por materiales sintéticos.

Cnidarios

A este grupo pertenecen las anémonas (figura 26), los corales y las medusas. Están formadas por tejidos verdaderos y presentan una simetría radial, es decir, las partes de su cuerpo están dispuestas en círculo alrededor de la boca. Las anémonas y los corales son sésiles, ya que viven fijos al suelo, mientras que las medusas e hidras nadan en el agua en busca de sus presas. Están provistas de estructuras llamadas nematocistos, las cuales les permiten paralizar a pequeños organismos para poderlos ingerir, o bien, les ayudan a defenderse. Las famosas “aguas malas”, de consistencia gelatinosa y transparentes, lanzan su veneno a los nadadores y pueden provocar intenso dolor y en raras ocasiones hasta la muerte. Casi todos los cnidarios son marinos. Los corales forman depósitos calcáreos que permanecen aun después de su muerte y se convierten en arrecifes que albergan una gran diversidad de formas de vida.

Platelmintos

Los platelmintos son gusanos planos, que tienen simetría bilateral, es decir, una mitad del cuerpo es similar a la otra. Tienen sistema digestivo, aunque muy sencillo. Poseen cierta sensibilidad a la luz y dos cordones nerviosos, lo que les ayuda a responder a los estímulos. A este grupo pertenece la planaria y otros gusanos de vida libre, así como la Tenia solium, conocida como “solitaria”, un gusano muy largo –de hasta siete metros– que puede vivir en el intestino humano y causar problemas muy serios a los sistemas digestivo, muscular y nervioso. Los huevecillos se adquieren cuando comemos carne de cerdo contaminada con cisticercos o verduras que han sido regadas con aguas negras. Existe también otro tipo de platelminto que afecta al ser humano. Se encuentra en la carne de res y se llama Tenia saginata (figura 27), la cual también causa severos problemas de salud al ser humano. De ahí la importancia de establecer una serie de medidas sanitarias, tanto en la crianza de estos animales, como en el transporte de la carne y en los propios hábitos de higiene de los consumidores.

Figura 25. Esponja marina.

Figura 26. Anémona con un pez en su interior.

Ganchos Ventosas Proglótides maduros

Tenia que vive en el intestino del “hospedero” (ser humano o ganado)

Los huevos se pegan a las hierbas en el terreno

Nemátodos

Los nemátodos son gusanos cilíndricos, que pueden medir desde unos pocos milímetros hasta cerca de un metro. Son muy simples, solo tienen sistema digestivo, pero carecen de sistema circulatorio y respiratorio. Los hay de vida libre en aguas dulces y saladas, o viven en el suelo (pueden encontrarse varios miles de ellos en una sola palada de tierra). Existen también algunos que son parásitos del ser humano o de otros animales, como peces, perros, etc. Entre los parásitos más conocidos está el Ascaris lumbricoides, que llega a infestar el intestino, sobre todo de niños que no se lavan las manos antes de comer y que ingieren los huevecillos que pueda haber en la tierra o lodo. También la ingestión de verduras mal lavadas causa la invasión de estos parásitos. Otros nemátodos parásitos son los oxiuros, las filarias y la triquina. st-editorial.com

Los proglótides maduros caen al suelo con las heces del “hospedero”

Los seres humanos se comen la carne infectada y mal cocida Cisticercos en la carne vacuna El ganado se come los huevos de la tenia Nota: la Tenia solium vive en los músculos del cerdo, y la Tenia saginata en los del ganado bovino.

Figura 27. Ciclo de vida de la Tenia saginata. 197

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Anélidos Son gusanos anillados, que tienen un sistema digestivo más desarrollado y un sistema circulatorio con cinco pares de corazones que bombean la sangre. Tienen también un sistema excretor y nervioso; su cuerpo está formado por segmentos o metámeros que se repiten en serie. En este filo se incluye la lombriz de tierra, la cual resulta muy útil para los agricultores, porque ayuda a remover la tierra y a degradar y reciclar la materia orgánica. También pertenecen a este filo los oligoquetos, gusanos marinos y las sanguijuelas, algunas de las cuales parasitan al ser humano succionando su sangre. En el pasado, las sanguijuelas se utilizaban para provocar sangrías en algunos pacientes, porque se pensaba que al eliminar cierto volumen de sangre se podrían aliviar algunas enfermedades.

Moluscos

Entre los moluscos tenemos caracoles, almejas, ostras, mejillones, ostiones, pulpos, calamares y babosas. Algunos son acuáticos y otros terrestres. Estos organismos se caracterizan por tener concha y un cuerpo blando. Tienen un pie que les permite moverse, su masa visceral dentro de la concha y una capa o manto que puede dar lugar a la concha, o funcionar como pulmón. En algunos moluscos, la concha es muy reducida o no se forma, como es el caso de los pulpos. Una característica de todos los moluscos es que tienen un órgano rasposo con dos pequeñas hileras de dientes llamada rádula. En algunos, el sistema circulatorio no es muy eficiente y la sangre tarda en viajar por el cuerpo, lo cual se refleja en los movimientos lentos que suele tener el caracol. Los pulpos, en cambio, tienen movimientos rápidos por su sistema circulatorio más eficiente y un cerebro bien desarrollado, lo cual les da cierta capacidad de aprendizaje. Los moluscos son fuente importante de la alimentación humana y algunas de sus conchas son muy apreciadas.

Artrópodos

Los artrópodos son el grupo más abundante de todos los animales, abarcan cerca de un millón de especies, lo que corresponde a 75% de todas las especies de animales que se conocen. Se caracterizan por tener un exoesqueleto duro, formado por quitina, y por tener patas articuladas. Su cuerpo está dividido en segmentos y tienen partes bucales especializadas, de acuerdo con sus hábitos alimentarios; algunos también tienen alas y antenas. Los hay en todos los ambientes: acuáticos, terrestres, aéreos. Poseen una enorme capacidad reproductiva y han sido el grupo con mayor éxito adaptativo, ya que pueden vivir en todos los climas y latitudes, y son capaces de resistir aun las condiciones más adversas. Sus sistemas digestivo, respiratorio, excretor y circulatorio están bien desarrollados. Poseen un ganglio cerebroide y un sistema sensorial más avanzado: algunos tienen ojos compuestos, como las moscas y las abejas. Su sistema de crecimiento se basa en la muda o cambio de cubierta externa; algunos presentan el proceso de metamorfosis, como las orugas, que se convierten en mariposas. Los artrópodos se dividen en varias clases. Dada la magnitud de este grupo mencionamos solo las más importantes: • Insectos (moscas, mariposas, libélulas, escarabajos, cucarachas, hormigas, abejas, grillos, pulgas). • Arácnidos (arañas, alacranes). • Crustáceos (cangrejos, camarones, langostinos). • Chilópodos (ciempiés). • Diplópodos (milpiés).

Glosario 198

Metamorfosis. Proceso de cambio en la vida de un organismo, en el que puede sufrir modificaciones radicales, como el paso de larva a adulto. st-editorial.com


Los artrópodos forman parte de nuestra vida cotidiana, algunos nos causan problemas, por ejemplo: moscas, mosquitos, arañas o alacranes, así como los ectoparásitos que viven en el pelo o piel de los animales, es decir, el piojo, la pulga y la chinche. Hay otros, como las mariposas, que son apreciadas por la belleza de sus colores y formas; mientras que otros son fuente de alimento, como los camarones, cangrejos (figura 28) y langostinos. Recientemente se ha propuesto el uso de chapulines como fuente alternativa de proteínas y se ha intentado preparar alimentos a base de harina de estos insectos.

Equinodermos

Todos son animales marinos. Este grupo abarca las estrellas (figura 29), erizos, galletas y pepinos de mar. Su nombre se debe a ciertas placas o pequeñas espinas que presentan en la piel. Los equinodermos son el filo de animales más parecidos a los cordados, por su desarrollo embrionario, por lo que se piensa que ambos grupos tuvieron un ancestro común. Estos animales tienen simetría bilateral en estado larvario, y radial en estado adulto. Carecen de sistema circulatorio o excretor. Se mueven por medio de un sistema de patas ambulacrales –también les permite atacar a sus presas– aunque la mayoría lo hace con asombrosa lentitud. Forman parte de los ecosistemas del mar, donde se alimentan de almejas o de pequeños organismos.

Figura 28. Los cangrejos hembra llevan a menudo masas de huevos en la superficie inferior de su cuerpo.

Cordados

El filo de los cordados abarca organismos que tienen tres características: • Un cordón nervioso en la zona dorsal del cuerpo. • Un notocordio, que es la base del esqueleto interno y que se puede convertir en columna vertebral. • Hendiduras branquiales en alguna etapa de la vida. Este grupo se divide en varios subgrupos, uno de los cuales corresponde a los vertebrados. Los vertebrados son los animales más familiares para nosotros, y dentro de esta clasificación encontramos varias clases: • Peces (peces óseos, cartilaginosos, sin mandíbula). • Anfibios (ranas, sapos, salamandras). • Reptiles (serpientes, cocodrilos, lagartijas, tortugas). • Aves (palomas, gallinas, avestruces, pingüinos, golondrinas). • Mamíferos (focas, delfines, osos, perros, humanos).

Figura 29. Si una estrella de mar pierde uno de sus brazos o parte de su cuerpo, puede volver a crecer o regenerarse, siempre que no pierda el disco central.

Veamos la importancia de cada uno de estos grupos. Peces Existen varios tipos de peces, los más primitivos son los que no tienen mandíbula (agnatos), después están los peces cartilaginosos (condrictios) y los peces óseos (osteictios). Los peces cartilaginosos tienen columna vertebral, pero su esqueleto es de cartílago. Su piel tiene pequeñas escamas en forma de dientes, llamadas espinas dérmicas, que hacen que al tocarla se sienta como lija. Los tiburones, las rayas y las mantarrayas son ejemplos de este tipo de organismos. Los peces óseos tienen su esqueleto completamente osificado, más firme, y constituyen el mayor número de especies. Tienen escamas dérmicas, aletas y respiran por medio de branquias. Los peces son una fuente de alimentación muy importante en todo el mundo. Su alto contenido en proteínas y los bajos niveles st-editorial.com

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de grasa los hacen un alimento muy nutritivo y saludable. México cuenta con una enorme zona costera, la cual es un recurso natural importante que hay que conservar. Algunos peces se pueden criar en granjas piscícolas, donde se obtienen buenos rendimientos de producción; ejemplo de ello es la mojarra o la tilapia.

Figura 30. Las ranas y los sapos tienen una lengua larga y muy pegajosa que sacan rápidamente para atrapar insectos.

Figura 31. El medio ambiente originario de las iguanas es la selva tropical que se extiende desde el sur de México hasta Brasil.

Figura 32. Las aves poseen plumas livianas y sus huesos son huecos para facilitar el desplazamiento por el aire.

200

Anfibios Los anfibios fueron los primeros vertebrados que invadieron la tierra. Su piel está cubierta por glándulas mucosas que la mantienen húmeda. Su respiración es branquial en estado juvenil y pulmonar en estado adulto. Las ranas (figura 30) y los sapos pasan por un proceso de metamorfosis. Esto pareciera relatarnos la historia del proceso de transformación de animales acuáticos en terrestres. Los anfibios dependen del agua para su reproducción porque sus huevos se depositan en el agua; es por ello que solo los encontramos cerca de charcas o lugares muy húmedos. La temperatura de su cuerpo es la del medio ambiente, por eso se dice que son ectotérmicos (o poiquilotermos). Las ranas y los sapos cumplen con una importante función ecológica al comer grandes cantidades de insectos, los cuales de otra forma destruirían campos enteros de plantas naturales o cultivadas. Reptiles Los reptiles tienen el cuerpo cubierto de escamas que los protegen de la desecación. Esta característica, junto con la de poner huevos envueltos en un cascarón, les permitió alejarse del agua y vivir en otro tipo de ambientes. El desierto, las lagunas y algunos bosques son sus escenarios favoritos. Entre los reptiles encontramos lagartijas, iguanas (figura 31), tortugas, cocodrilos y serpientes. Los dinosaurios, ya extintos, formaron parte de este grupo. Los reptiles, al igual que los peces y anfibios, son ectotermos, o de sangre fría, y es por ello que difícilmente pueden incursionar en climas fríos. Los reptiles se alimentan de insectos, plantas o de pequeños ratones, como es el caso de las serpientes. Si bien estos animales son temidos por su veneno, su función ecológica al mantener en equilibrio la población de pequeños roedores es muy importante. Cada organismo tiene su lugar en las cadenas alimentarias, y los reptiles, aun los que parecieran ser feroces y peligrosos, cumplen un papel significativo en los ecosistemas. Lamentablemente, hay personas que se ufanan de traer puestos cinturones, zapatos o bolsas hechas con pieles de cocodrilos o serpientes. Habría que tener cuidado de no utilizar productos que tal vez provengan de la caza ilegal y desmedida de estos animales. Aves Las aves son los posibles herederos de los dinosaurios. Su cuerpo está cubierto de plumas, tienen alas y huesos huecos, por lo que pueden volar (figura 32). Son endotérmicas, es decir que se mantienen calientes a pesar de la temperatura del medio. Estas características les permitieron incursionar en muchos más ambientes que sus predecesores, los reptiles. Las aves pueden vivir en zonas templadas y tropicales, o bien sobrevolar en el mar. Gracias a sus alas pueden emigrar en épocas de frío hacia zonas más cálidas. Sus crías se desarrollan a partir de huevos que los progenitores cuidan y protegen. st-editorial.com


Las aves son muy apreciadas como alimento para el ser humano: la gallina, la codorniz, el pavo y más recientemente el avestruz, que se cría en algunas zonas de México para obtener de ella huevo y carne. También son polinizadoras, como el colibrí, y en general son muy apreciadas por su belleza y sus cantos. Mamíferos Los mamíferos se caracterizan por tener la piel cubierta de pelo, por ser vivíparos y porque las hembras amamantan a las crías. Son endotérmicos, por lo que pueden vivir en ambientes fríos o cálidos, sin que se altere su temperatura. Los organismos de este grupo se han diversificado y adaptado a muchos ambientes: los hay con pelo muy grueso –como los osos– o de pelo delgado y piel gruesa para resistir el calor –como los elefantes–. A este grupo pertenecen organismos que son muy familiares para nosotros, como leones, osos, lobos, murciélagos, ardillas, conejos, jirafas, toros, caballos y monos. Cabe mencionar el interesante ejemplo de los mamíferos acuáticos –las ballenas y los delfines– que procrean crías vivas a las que amamantan en el agua. En muchos ambientes, los mamíferos son las especies dominantes, por ser los más grandes y activos. Causan impacto en su hábitat, debido a la cantidad de alimento que consumen. Nuestra alimentación se basa en buena medida en el consumo de animales mamíferos, como la vaca, el cerdo, el borrego o el conejo. Hemos obtenido variedades genéticamente mejoradas para mejorar la calidad de la carne o de la leche que producen. También nos vestimos con sus pieles y hemos aprovechado su grasa para diversos usos. Los hemos utilizado como medio de transporte –el caballo y el burro– y hasta como compañía, como a los gatos y perros. Desarrolla competencias

actividad grupal


1. Organizados en equipos, elaboren un álbum ilustrado con ejemplos de organismos de los distintos reinos del dominio Eukaria y las principales características de cada uno de sus subgrupos. 2. E n el álbum deben incorporar información acerca de la función que realizan los organismos de los distintos reinos en la vida cotidiana del ser humano: en aspectos sociales, económicos y ecológicos, es decir, relacionados con el entorno. 3. El álbum puede ser elaborado en forma de presentación en computadora.

Práctica de laboratorio Puedes repasar el contenido estudiado en este tema en la práctica de laboratorio “Reinos Plantae y Animalia”, que se encuentra en la Sección final (p. 219). Elabora un reporte de tu actividad experimental.

Crías vivas. Aquellas que han sido embriones desarrollados en el vientre de la hembra (vivíparos). st-editorial.com

Glosario 201

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Importancia del cuidado de la biodiversidad

Figura 33. En el mundo existen alrededor de 200 países y en solo 12, entre ellos México, se encuentra el 70% de la biodiversidad del planeta. Infográfico 2

Biodiversidad Plantas Colombia Brasil China México Australia

45 000 especies 35 000 especies 30 000 especies 26 000 especies 25 000 especies 0

25 000 30 000 35 000 40 000 45 000 50 000

Anfibios Brasil Colombia Ecuador México Indonesia

516 especies 407 especies 358 especies 282 especies 270 especies 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1 000

300

400

500

600

700

800

900

1 000

300

400

500

600

700

800

900

1 000

Reptiles México

707 especies

Australia

597 especies

Indonesia

529 especies

Brasil India

462 especies 433 especies 0

100

200

Mamíferos Indonesia

519 especies

México

439 especies

Brasil

421 especies

China

410 especies

Zaire

409 especies 0

100

200

Fuente: Mittermeir y Goettsch, 1992, citado en “Extracto del documento Biodiversidad”. Biodiversidad.

Glosario 202

La biodiversidad es considerada como la riqueza total de especies que existen en los diversos ecosistemas de un lugar determinado. Somos un país afortunado por la gran diversidad de climas que tenemos, lo cual favorece la diversidad de especies. Estamos colocados junto con Brasil, Colombia e Indonesia en los primeros lugares en las listas de riqueza de especies. El número total conocidas en México es de aproximadamente 64�878; se han descrito 26 000 especies de plantas, 282 de anfibios, 707 de reptiles y 439 de mamíferos. Debido a estas cifras, se considera nuestro país como megadiverso, por tener por lo menos 10% de la diversidad del planeta (figura 33). En el infográfico 2 se muestra el lugar que ocupa nuestro país con respecto a la diversidad de algunos vertebrados y plantas. Además, existen muchas especies endémicas en México, como el lobo mexicano, el conejo de los volcanes, algunos tipos de tortugas y otros organismos. Se han encontrado más de 900 especies de vertebrados, exclusivas de nuestro país. Estas especies son responsabilidad nuestra porque si se pierden desaparecerán para siempre del planeta. La alta diversidad biológica que existe en México es producto de las variaciones en topografía y clima que se presentan en su superficie. Estas se mezclan unas con otras, creando un mosaico de condiciones ambientales y microambientales que han favorecido el desarrollo de múltiples formas de vida. En el sur y el sureste del territorio nacional se encuentra 70% de la biodiversidad del país: Oaxaca, Chiapas, Veracruz y Guerrero son los estados con mayor biodiversidad y riqueza de especies, tanto animales como vegetales. En esta región también está casi la mitad de la fauna protegida por la legislación mexicana y los tratados internacionales, así como 60% de la flora endémica resguardada por dichas instancias. Más de 50% de la superficie de la región está cubierto por selvas medianas y altas. Oaxaca es el estado que presenta el primer lugar en especies de vertebrados; en segundo lugar se encuentra Chiapas. Se calcula que en Oaxaca se encuentran 9 000 especies de plantas, más del 50% del total nacional, mientras que el estado de Chiapas incluye cerca de la tercera parte de la flora mexicana y 80% de las especies de árboles tropicales del país.

Endémica. Especie que solo se localiza en determinada región o bioma. st-editorial.com


Es preciso que en las zonas de mayor diversidad biológica se redoblen esfuerzos para la conservación; la gran biodiversidad de nuestro país es un privilegio que nos permite disfrutar de diversos ambientes y recursos naturales enormes, pero lamentablemente hemos permitido que muchos de los ecosistemas se destruyan, o bien, favorecemos la caza desmedida y el tráfico de especies, con lo que estamos acabando con nuestras propias riquezas.

Reflexión final

Todo lo que hemos visto en este bloque y en este curso cobra sentido muy especial aquí y ahora, que nos acercamos al final de este libro. Es importante que tomes conciencia de que formas parte del mundo vivo que te rodea, de que estás formado por los mismos elementos químicos y moléculas biológicas que los demás seres que observas. Un pequeño insecto, al igual que tú, está formado por células, respira, transforma energía, al igual que todos los demás seres vivos del planeta. Formamos entonces una gran comunidad de organismos, que nacemos, crecemos, nos reproducimos y así nos preservamos para el futuro. Los seres humanos aislados no podríamos sobrevivir en este planeta. Dependemos de las plantas para respirar y alimentarnos; de los animales para alimentación, compañía e inclusive de los microorganismos para tener un funcionamiento adecuado de nuestro organismo. Somos parte integrante de un mundo dinámico, que cambia a cada momento, que está lleno de vida multicolor, de una explosión de energía que se manifiesta minuto a minuto en la respiración de millones de seres que nos acompañan en nuestro diario andar. Y sin embargo, hemos sido inconscientes e imprudentes. Hemos tomado el mundo como si nos perteneciera, como si tuviéramos el derecho de destruirlo, y al hacerlo estamos acabando con nosotros mismos. Cada día los problemas del calentamiento global, la contaminación, la destrucción de la capa de ozono, se vuelven más graves, tal vez más irreversibles… ¿Qué estamos haciendo al respecto? ¿Escuchar las noticias acerca del deshielo de los polos sin inmutarnos? ¿Saber de las especies que se extinguen día a día y considerarlo como noticias intrascendentes? Es el momento de actuar, de asumir nuestro papel de acuerdo al tiempo que nos ha tocado vivir. Ya no es válido seguir cerrando los ojos ante la venta de especies exóticas en cualquier carretera, ante el gasto desmesurado de agua por parte de algunos que disminuye nuestros mantos acuíferos, ante la quema de basura que genera CO2 y aumenta el calentamiento global. Te invitamos a reflexionar, a descubrir que tú eres la persona más valiosa para mejorar tu mundo, es el mundo en que vives y en el que han de vivir las generaciones venideras. Vivimos en tiempos apremiantes, en los que se está escribiendo el futuro de la humanidad. Así que, o tomamos acciones reales, concretas para salvar a la biodiversidad que nos rodea, o nos arriesgaremos a desaparecer como especie de la faz de la Tierra. Desarrolla competencias

actividad grupal


Reunidos en grupos, realicen las siguientes actividades.

1. Anoten una reflexión personal acerca de las razones por las que es importante preservar la biodiversidad.

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203

BLOQUE 5

2. Organicen un debate para proponer alternativas y acciones que conduzcan a la preservación de la biodiversidad a nivel local y global.

3. Al final compartan los resultados y las conclusiones con el resto de los equipos.




Elabora un ensayo o trabajo final, que entregarás a tu profesor, donde incluyas los siguientes elementos:

1. Importancia de la biodiversidad para el ser humano y todas las especies. 2. Datos acerca de la destrucción de la biodiversidad en el momento actual. 3. Acciones que realizan algunas agrupaciones para preservar la biodiversidad. 4. C ompromisos personales que puedes llevar a cabo para la preservación de la biodiversidad. 5. Conclusión personal. 6. Bibliografía (citada correctamente).

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Evaluación sumativa Heteroevaluación I. Realiza los siguientes ejercicios en tu cuaderno y muestra tus respuestas al profesor. 1. Menciona tres ejemplos de virus que causen enfermedades al ser humano y las medidas que deberías tomar para prevenirlas.

Enfermedad

Medidas preventivas

2. Describe tres beneficios que nos aportan las bacterias. 3. Explica la diferencia entre dominio y reino. 4. Explica por qué se clasifica en reinos distintos a los hongos y a las plantas. 5. Menciona los diferentes ambientes en que pueden vivir las arqueobacterias. 6. Explica por qué son importantes los hongos. II. Correlaciona las columnas. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Algas rojas Algas pardas Protozoarios Mixomicetos Algas verdes Crisofitas

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a. Se conocen también como algas doradas. b. Son hongos unicelulares, del reino Protista. c. Forman grandes bosques submarinos; tienen color café. d. Son los posibles ancestros de las plantas terrestres. e. Viven en el fondo del mar; producen el agar. f. Son organismos heterótrofos, la mayoría móviles, se les llama también animales unicelulares.

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Autoevaluación I. C lasifica los siguientes organismos, anotando para cada uno el dominio, reino, grupo (filo) y de ser posible la clase, a los que pertenece.

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Pino

Rana

Hongo

Alga de mar

Insecto

Estrella de mar

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II. Escribe en tu cuaderno por qué es importante conservar la biodiversidad. III. Reflexiona y responde en tu cuaderno las siguientes preguntas acerca de tu desempeño durante el estudio de este bloque.

1. ¿Cómo pueden servirte estos aprendizajes en tu vida y en tu entorno? Menciona un ejemplo. 2. ¿Qué aspectos de tu desempeño debes mantener y enriquecer? 3. ¿Qué aspectos debes superar en lo consecutivo?

Instrumentos de evaluación I. Realiza las siguientes actividades. 1. A hora que estás a punto de concluir con el estudio del presente bloque, retoma el problema que se te planteó al inicio (p.167).

2. Trata de resolver el problema. 3. Fíjate si esta vez pudiste resolverlo con más facilidad o si te resultó complicado; esto con la finalidad de que fortalezcas las competencias adquiridas.

II. U tiliza el siguiente instrumento de evaluación para que ubiques cuáles fueron los desempeños que alcanzaste en el estudio de este bloque. Suma el total de aciertos de esta rúbrica con el total de aciertos de la valoración anterior que has hecho para que evalúes tu aprendizaje de este bloque. Luego, consulta la siguiente escala. Aspectos a evaluar

3

2

1

Reconoce la biodiversidad a partir de su clasificación y las características distintivas de los organismos.

Reconoces correctamente la biodiversidad a partir de su clasificación y las características distintivas de los organismos.

Identificas, con algunas dificultades la biodiversidad a partir de su clasificación y las características distintivas de los organismos.

No identificas la biodiversidad a partir de su clasificación y las características distintivas de los organismos.


Valoras claramente la importancia social, económica y biológica de la biodiversidad e identificas tres o más acciones que te llevan a preservar las especies de tu entorno.

Reconoces, con algunas dificultades la importancia social, económica y biológica de la biodiversidad e identificas dos acciones que te llevan a preservar las especies de tu entorno.

No reconoces la importancia social, económica y biológica de la biodiversidad ni identificas acciones que te lleven a preservar las especies de tu entorno.

Valor

6

4

2 Total:

Escala Excelente: 5-6 Regular: 3-4 Insuficiente: 1-2

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Sección final

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PRÁCTICAS DE LABORATORIO

210

EVALUACIÓN FINAL

221

PARA TERMINAR. AUTOEVALÚA TUS COMPETENCIAS

223

FUENTES CONSULTADAS

224

209

PRÁCTICAS DE LABORATORIO Práctica de laboratorio 1

Manejo del microscopio

El microscopio es una herramienta de uso indispensable en el laboratorio de biología, y es preciso que te familiarices con su manejo y aprendas a tomar medidas de seguridad al utilizarlo. En esta práctica, podrás descubrir los usos que le podemos dar al microscopio para identificar células, tejidos y órganos de plantas o pequeños insectos.

Objetivo

Identificar algunas estructuras biológicas y aprender a utilizar adecuadamente el microscopio.

Problema

• ¿De qué están hechos los seres vivos? • ¿Cómo puede ayudarnos el microscopio a conocer más detalladamente la estructura de los seres vivos?

Información previa

• Realiza una investigación escrita acerca de las partes del microscopio y su uso.

• Elabora un esquema de un microscopio compuesto señalando sus componentes.

• Averigua cuál es la diferencia entre el microscopio estereoscópico y el compuesto.

Materiales

Equipo: • 1 microscopio compuesto • 1 microscopio estereoscópico o lupa • Portaobjetos • Cubreobjetos • Gotero • Bisturí • Caja de Petri Reactivos y material biológico: • Flor pequeña • Cebolla • Insecto • Colorante azul de metileno

Procedimiento

1. Preparación del microscopio antes de la observación. a. Coloca con cuidado el microscopio en la mesa de trabajo e identifica sus partes. b. Asegúrate de que esté colocado en un lugar seguro, bien apoyado antes de encenderlo.

2. Preparación del material a observar. a. Coloca un corte delgado de la epidermis de la cebolla en el portaobjetos.

b. Agrega una gota de agua. c. Coloca el cubreobjetos encima. 3. Observación de una muestra. a. Conecta el microscopio y enciende la lámpara. 210

b. Coloca el portaobjetos con tu muestra sobre la platina, procura que quede centrado.

c. Gira el revólver para colocar el objetivo de menor aumento.

d. Gira con cuidado el tornillo macrométrico, observando que la platina llegue hasta quedar cerca del objetivo. Es importante verificar que no se lleguen a pegar el objetivo y la platina. e. Comprueba que el diafragma se encuentre abierto. Esto se logra observando por el ocular hasta que se vea un círculo completo en el campo de observación. Abre y cierra el diafragma hasta que el campo esté iluminado de manera uniforme. Ajusta la cantidad de luz que ilumina tu campo, ya sea moviendo el espejo del microscopio o regulando la luz de la lámpara integrada a este. f. Enfoca la imagen con la ayuda del tornillo macrométrico y después afínala con el tornillo micrométrico. g. Maneja la luz con el diafragma hasta que logres la iluminación más adecuada. h. Observa con cuidado y haz un esquema del tejido. i. Cambia al siguiente aumento sin mover el tornillo macrométrico, solo ajusta la imagen con el micrométrico. j. Observa de nuevo y haz otro esquema. k. Realiza el mismo procedimiento, ahora agregando colorante azul de metileno a tu corte de cebolla. l. Para utilizar el objetivo de 100x, es necesario colocar una pequeña gota de aceite de inmersión en tu muestra, esto ayuda a eliminar algunas distorsiones en la imagen. Se enfoca únicamente con el tornillo micrométrico. m. Cuando termines de observar con el objetivo de inmersión, es decir el de 100x, es necesario limpiar el aceite que queda en la lente con un pañuelo especial que puede ser de papel seda.

4. Uso del microscopio estereoscópico. a. El microscopio estereoscópico sirve para observar objetos más grandes y en tercera dimensión. Por ejemplo, puedes colocar un insecto pequeño, una araña o una pequeña flor, y observarla. b. Observa en el microscopio estereoscópico, o con la lupa, el insecto y la pequeña flor; elabora los esquemas correspondientes.

5. Precauciones finales y medidas de seguridad. a. En caso de necesitar limpiar las lentes de microscopio, debe usarse papel seda que es especial para este fin.

b. Debes evitar tocar las lentes con las manos para no ensuciarlas.

c. No forzar nunca los tornillos giratorios del microscopio: macrométrico, micrométrico, platina, revólver, condensador. d. Cuando se cambia de objetivo hay que estar mirando la preparación para evitar el roce de la lente con la muestra. e. Hay que mantener seca y limpia la platina del microscopio. Si se derrama en ella algún líquido, se debe secar con un paño. f. Al terminar, retira la preparación y lava los objetos utilizados. st-editorial.com

g. C oloca el objetivo de menor aumento. h. A paga la lámpara. i. G uarda el microscopio tomándolo siempre del brazo y de la base con las dos manos para evitar accidentes.

Registro de observaciones

Es importante que al elaborar tus esquemas señales los aumentos con los que has realizado tu observación. Para ello es necesario que multipliques los aumentos que se obtienen en el lente objetivo, por los que se obtienen en el lente ocular. Considerando que generalmente los lentes oculares tienen 10 aumentos, es decir 10x, tenemos que: • Para el objetivo de 10x, el aumento total es 10x × 10x = 100x • Para el objetivo de 40x, el aumento total es 40x × 10x = 400x • Para el objetivo de 100x, el aumento total es 100x ×10x = 1000x Elabora esquemas de cada una de tus observaciones y anota los aumentos en cada una, de acuerdo al objetivo que hayas utilizado.

Cuestionario

1. ¿Qué diferencias observas al cambiar de lente objetivo? 2. ¿Cuál preparación de la cebolla pudiste observar mejor, con o sin colorante azul de metileno? Explica tu respuesta. 3. ¿Por qué es importante que los cortes de tejido que realizas al elaborar una preparación microscópica sean lo más delgado posible? 4. Nombra tres ramas de la biología en las que se utiliza el microscopio con mucha frecuencia. 5. Nombra tres precauciones que debes tener al manejar un microscopio.

Conclusiones

Explica qué importancia tiene el uso del microscopio en el laboratorio de biología.

Vayamos más lejos…

Busca información acerca de los nuevos tipos de microscopio que se utilizan en los laboratorios de investigación, por ejemplo: el electrónico de transmisión y el electrónico de barrido. Entrega un informe escrito en el que incluyas una imagen de una célula vista por un microscopio electrónico.

Práctica de laboratorio 2

Identificación de azúcares en los alimentos

Cuando comemos, podemos consumir una gran variedad de azúcares: glucosa, fructosa, sacarosa… todos ellos nos proporcionan la energía necesaria para realizar nuestras diarias actividades. Sin embargo, los productos light, al no tener azúcares no nos sirven para obtener energía. Descubre en esta práctica qué alimentos te proporcionan más energía y cuáles no te aportan prácticamente nada. st-editorial.com

Objetivo Identificar la presencia de azúcares simples en distintas bebidas, comparando productos naturales con industrializados, así como con productos light. Observar la presencia de polisacáridos en alimentos diversos.

Problema ¿Qué alimentos me proporcionan más energía, por tener alto contenido en carbohidratos?

Información previa

• Presenta una investigación escrita acerca de los tipos de carbohidratos: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.

• Describe las funciones de los diferentes tipos de carbohidratos.

Materiales Equipo: •G radilla •T ubos de ensayo •G oteros •P ipetas graduadas •C ajas de Petri •B isturí •P arrilla •V aso de precipitados de 500 ml Reactivos y material biológico: •L ugol •R eactivo de Fehling A y Fehling B •S olución de glucosa a 1% •S olución de almidón a 1% •J ugos de frutas: naranja, limón, piña •R efresco de cola •R efresco o bebida light • Alimentos sólidos: galleta, papa, tortilla, manzana, naranja, zanahoria, plátano y los que tú desees investigar.

Procedimiento Experimento 1 Detección de azúcares simples: 1. Coloca 3 ml de solución de glucosa a 1% en un tubo de ensayo. Este será el tubo 1. 2. Prepara las muestras líquidas: jugos y refrescos en tubos de ensayo, colocando 3 ml de cada una. Numera cuidadosamente los tubos. 3. Prepara una muestra en la que se coloquen solamente 3 ml de agua. 4. Agrega 4 gotas de reactivo de Fehling A y 4 gotas de reactivo de Fehling B a cada tubo. 5. Coloca en baño María por unos minutos y observa un cambio de color. El color naranja ladrillo indica la presencia de azúcares simples. 6. Anota en qué muestras hubo cambio de color y la intensidad de este, comparando con el primer tubo, que es la muestra patrón. 211

PRÁCTICAS DE LABORATORIO Experimento 2 Detección de azúcares complejos: 1. Prepara un tubo con 3 ml de solución de almidón a 1% y agrégale dos gotas de lugol. Observa el color obtenido como muestra patrón. 2. Prepara pequeñas rebanadas de diversos productos: manzana, zanahoria, naranja, papa, plátano, galleta, tortilla y los que tú hayas traído para investigarlos. 3. Agrega a cada muestra dos gotas de lugol. 4. Observa los cambios de color. Los similares a la muestra patrón, que toman un color morado oscuro, contienen almidón.


Completa el cuadro con los datos que hayas obtenido de acuerdo con el ejemplo marcado. Muestra Glucosa a 1%

Color observado Naranja

Presencia de azúcares Sí

Agua Refresco de cola Jugo de naranja


Investiga la estructura química de los sustitutos del azúcar, por ejemplo el que se adiciona a los refrescos dietéticos, y los riesgos de consumir este tipo de productos.


Identificación de proteínas y lípidos

Todos los días consumimos alimentos para nutrirnos. Las proteínas contienen los aminoácidos que necesitamos para construir nuestros tejidos, para crecer y reparar nuestros músculos, piel, huesos. Los lípidos nos proporcionan energía para realizar nuestras actividades. Veamos qué alimentos son ricos en lípidos y proteínas.

Objetivo

Identificar la presencia de proteínas en alimentos diversos por medio de la reacción de Biuret y la presencia de lípidos por medio del reactivo de Sudán III.

Problema

Jugo de piña

¿Qué alimentos contienen grasas? ¿Cuáles tienen proteínas?

Bebida light

Información previa

• Realiza una investigación escrita acerca de la estructura de Anota en el siguiente cuadro los alimentos sólidos en los que detectaste almidón, anotando: ( + ), en los que sí hay cambio de color. (++), donde consideres que hay un color muy intenso. ( – ), en los que no hay cambio de color. Muestra

Presencia de almidón

Cuestionario

1. ¿Qué función tienen los carbohidratos simples en los seres vivos?

2. ¿Qué beneficios obtenemos al consumir alimentos que contienen almidón?

3. ¿Qué diferencia observaste entre los productos light y las bebidas azucaradas?

4. ¿Por qué se ha generalizado el consumo de las bebidas light? 5. Un atleta que hace ejercicio extenuante, ¿debiera tomar una bebida light al concluir su ejercicio? Explica tu respuesta.

Conclusiones

Explica la importancia de los carbohidratos en la alimentación. 212

las proteínas.

• Estudia las funciones más importantes de las proteínas. • Describe los tipos de lípidos y su estructura química.

Materiales

Equipo: • Gradilla • Tubos de ensayo • Goteros • Pipetas graduadas • Cajas de Petri • Parrilla • Vaso de precipitados de 50 ml Reactivos y material biológico: • Reactivo de Biuret • Solución alcohólica de Sudán III • Solución de grenetina a 1% • Aceite de cocina • Huevo crudo • Jamón • Caldo natural de pollo o res • Caldo industrializado de pollo o res • Salchicha

Procedimiento

Experimento 1 Detección de proteínas en los alimentos: 1. Coloca en un tubo de ensayo 3 ml de solución de grenetina a 1%. st-editorial.com

2. Agrega 12 gotas del reactivo de Biuret. 3. Observa el cambio de color, que indica la presencia de proteínas. 4. Ahora coloca 3 ml de cada muestra de las sustancias en las que vas a determinar la presencia de proteínas: clara de huevo, caldo de pollo, jugo de limón, papilla de jamón diluida, aceite, agua. 5. Puedes incluir en el tubo de ensayo otros alimentos diluidos en forma líquida. Experimento 2 Detección de lípidos en los alimentos: 1. Coloca en un tubo de ensayo 3 ml de aceite comestible. 2. Agrega 5 gotas de solución alcohólica de Sudán III. 3. Observa el cambio a un color rojo-anaranjado, que indica la presencia de lípidos. 4. Ahora coloca 3 ml de cada muestra de las sustancias en las que vas a determinar la presencia de lípidos: clara de huevo, caldo de pollo, jugo de limón, papilla de salchicha diluida, agua. 5. Puedes incluir en el tubo de ensayo otros alimentos diluidos en forma líquida.


1. Anota en el siguiente cuadro tus resultados: marca un signo (+) si se detectó la presencia de proteína y (–) si no la hay, y señala si hubo presencia de lípidos o no. Alimento

Proteína

Lípidos

Grenetina Clara de huevo Caldo natural de pollo y res Caldo industrial de pollo y res Jamón Jugo Agua Salchicha Aceite


Diseña un experimento para determinar las diferencias en contenido de lípidos y proteínas de los diferentes tipos de leche: entera, descremada, deslactosada, así como la leche fresca directamente de la vaca. Elabora tus conclusiones.


Obtención del adn

Todos los seres vivos, sean plantas, animales o microbios, contienen adn. Es una molécula enorme, que se encuentra guardada dentro de las células y protegida por proteínas muy específicas. En esta práctica podrás obtener y observar a la molécula más famosa del ambiente científico.

Objetivo

Extraer el adn a partir de una fuente de origen orgánico, separándolo de las estructuras que lo envuelven.

Problema

¿Se podrá obtener el adn a partir de chícharos secos?

Información previa

• Elabora un resumen de la descripción de la estructura del adn. • Investiga cuáles son las proteínas que se encuentran generalmente asociadas al adn.

•E xplica la función del adn.

Materiales

Equipo: •L icuadora •C olador •V aso de precipitados de 250 ml •P robeta •P ipeta de 10 ml •V arilla de vidrio •T ubo de ensayo •P ortaobjetos •C ubreobjetos •M icroscopio

en la dieta?

Reactivos y material biológico: •M edia taza de chícharos verdes secos •D etergente líquido para trastes •A blandador de carne •A lcohol etílico o isopropílico a 70-95% •A zul de metileno •C loruro de sodio

compuesto. ¿Qué es un enlace peptídico?

Procedimiento

Cuestionario

1. ¿Qué alimento tiene el mayor contenido en proteínas, según lo que observaste?

2. ¿Cuáles son los aminoácidos esenciales que se absorben 3. El reactivo de Biuret detecta los enlaces peptídicos de un 4. ¿En qué alimentos detectaste presencia de lípidos? 5. ¿Qué pasaría si eliminaras por completo los lípidos de tu alimentación?

Conclusiones

Anota tus conclusiones en cuanto a la importancia de tener una nutrición adecuada. st-editorial.com

1. Coloca en el vaso de la licuadora aproximadamente media taza de chícharos verdes secos, 1.5 g de cloruro de sodio y 200 ml (una taza) de agua fría. 2. Licúa a alta velocidad por 15 segundos. 3. Pasa por un colador la mezcla y colócala en una probeta. 4. Mide el volumen del licuado obtenido y agrega 1/6 de ese volumen de detergente líquido (aproximadamente 30 ml). 213

PRÁCTICAS DE LABORATORIO 5. Agita suavemente para que se mezclen el licuado y el de-

tergente líquido. Deja la mezcla reposar de 7 a 10 minutos. 6. Después vacíala en tubos de ensayo llenando solo un tercio del tubo. 7. Agrega 0.05 g (una pizca) de ablandador de carne (enzimas) al tubo y agita suavemente. Es importante que agites muy suavemente, ya que de lo contrario se romperá el adn y será difícil de observar. 8. Toma el tubo de ensayo y poco a poco agrega alcohol etílico (o alcohol isopropílico a 70-95%) procurando que se deslice por las paredes, de manera que no se mezcle con el contenido del tubo y forme una capa en la parte de arriba de la mezcla de chícharo. Agrega el alcohol hasta que tengas la misma cantidad de alcohol que de la mezcla de chícharo. 9. Podrás entonces observar que el adn sube poco a poco hacia la capa de alcohol. Puedes usar un palillo para tomar con mucho cuidado el adn. 10. Coloca un poco del material obtenido en un portaobjetos. Agrega una gota de azul de metileno y un cubreobjetos. Observa al microscopio.


Elabora un esquema de cada paso del procedimiento realizado y anota para qué se agrega cada sustancia en el proceso de extracción.

Cuestionario

1. ¿Cuál es la función del adn en la célula? 2. ¿Qué estructuras de la célula protegen al adn? 3. ¿Qué función tiene el detergente para la extracción del adn? Recuerda que los detergentes actúan sobre los lípidos.

4. El ablandador contiene enzimas que destruyen proteínas.

Explica para qué se utiliza en el experimento. 5. ¿A qué sustancia es más afín el adn, al agua o al alcohol?

Conclusiones

Elabora tus conclusiones acerca de la importancia del adn en los seres vivos.

Vayamos más lejos...

Experimenta con otras fuentes de adn, como espinacas, hígado de pollo, brócoli, coliflor, así como con algún material que pienses que no tiene adn, para comparar tus resultados.


Tipos de células procariontes y eucariontes

Las células pueden tener formas y tamaños diversos, de acuerdo a las funciones que desempeñan. Algunas son procariontes y son células más sencillas, mientras que las células eucariontes, por ejemplo las que forman parte de nuestro cuerpo, tienen un mayor grado de complejidad.

Objetivo

Distinguir las diferencias entre las células eucariontes y procariontes, a través de la observación directa de bacterias y células eucariontes diversas. 214

Problema

¿Qué diferencias podemos descubrir entre las bacterias y las células del cuerpo humano?

Información previa

• Haz una investigación acerca de las características de las células eucariontes y procariontes.

Materiales

Equipo: • Microscopio compuesto • Mechero Bunsen o de alcohol • Asa bacteriológica • Lanceta estéril • Algodón • Gotero • Palillos de dientes • Portaobjetos • Cubreobjetos • Aguja de disección Reactivos y material biológico: • Colorante azul de metileno o violeta de genciana • Colorante fucsina • Alcohol • Yogur o caldo de pollo que haya permanecido tres días a temperatura ambiente • Pulque fermentado de uno o dos días • Agua de florero

Procedimiento

Experimento 1 Observación de bacterias: 1. Utilizando un asa bacteriológica, toma una muestra de yogur o de caldo de pollo que haya permanecido fuera del refrigerador tres días. 2. Coloca la muestra bien extendida sobre el portaobjetos (esto se conoce como frotis). 3. Pasa ligeramente el portaobjetos sobre la llama de un mechero Bunsen o de alcohol para que se seque. 4. Coloca una gota de violeta de genciana o azul de metileno y deja reposar por un minuto. 5. Quita el exceso de colorante con agua y agrega una gota de alcohol como fijador. 6. Vuelve a enjuagar y pon una gota de fucsina durante 20 segundos. 7. Quita el exceso de colorante con agua corriente, deja secar y observa al microscopio a 10x, 40x y 100x. Notas: • Para aumentar la concentración de bacterias puedes centrifugar las muestras (yogur o caldo) unas 1 500 rpm por 2 minutos. Toma tu muestra del fondo del tubo. • En caso de no contar con los colorantes mencionados se puede recurrir a otra tinción: - Realiza el frotis disolviendo una mínima porción de yogur en una pequeña gota de agua. - Fija con metanol para eliminar parte de la grasa. - Tiñe con un colorante cristal violeta o azul de metileno durante 1 o 2 minutos. st-editorial.com

Experimento 2 Observación de células del pulque: 1. Coloca sobre el portaobjetos una gota muy pequeña de pulque del día anterior. 2. Extiende la gota a modo de frotis. 3. Coloca el cubreobjetos y observa al microscopio a 10x y a 40x. 4. Dibuja tus observaciones. En este caso encontrarás una mezcla de células, tanto bacterias como células del tipo de las levaduras, que son las que fermentan el pulque. 5. Agrega el colorante azul de metileno en una pequeña gota y vuelve a observar. Experimento 3 Observación de células de la sangre: 1. Limpia la yema del dedo medio de la mano de uno de tus compañeros con un algodón humedecido en alcohol. 2. Destapa una lanceta estéril y con un movimiento firme y rápido haz una punción. 3. Aprieta el dedo sin tocar el área de la punción hasta obtener una gota de sangre que debes colocar cerca del extremo de un portaobjetos. 4. Con la ayuda de otro portaobjetos extiende la muestra de sangre, haciendo un frotis. 5. Cubre la zona herida con una torunda de algodón humedecida en alcohol y dispón de manera adecuada de la lanceta, depositándola en el contenedor apropiado. 6. Realiza observaciones al microscopio a 10x, 40x y 100x. Identifica los eritrocitos y leucocitos, es decir, glóbulos rojos y blancos. Experimento 4 Observación de células del endotelio bucal: 1. Con la ayuda de un palillo de dientes, raspa ligeramente tu mucosa bucal y colócala sobre el portaobjetos de manera que quede bien extendida. 2. Agrega una gota de azul de metileno y coloca el cubreobjetos. 3. Observa el microscopio a 10x, 40x y de ser posible a 100x.


Haz esquemas de tus observaciones: • Recuerda que es importante que en cada dibujo anotes los aumentos (multiplicando los aumentos del lente objetivo por los del ocular). • En cada dibujo señala el tipo de célula observada y si es procarionte o eucarionte. • Señala las similitudes y diferencias que observas entre las células procariontes y eucariontes en el siguiente cuadro. Característica Tamaño Forma Núcleo Membrana Citoplasma Pared celular st-editorial.com

Células procariontes

Célular eucariontes

Cuestionario

1. ¿Qué tipo de bacterias son las que se encuentran en el yogur?

2. ¿Cómo se reproducen las bacterias? 3. ¿Por qué cuando dejamos un alimento sin refrigerar se puede “echar a perder”?

4. ¿Qué tipo de células son las más abundantes en la sangre? 5. ¿Encontraste bacterias al hacer el raspado bucal? ¿Por qué?

Conclusiones

Anota tus conclusiones en cuanto a las diferencias observadas entre las células procariontes y eucariontes, así como los medios donde pueden encontrarse.


Descubre cuáles son los factores que pueden afectar la reproducción de las bacterias. Diseña un experimento en el que veas el efecto de la temperatura, así como el de agregar vinagre, sal o limón a muestras de caldo de pollo o res. Analiza y discute tus resultados.


Funciones celulares

Las células realizan una diversidad de funciones: transportar sustancias a través de la membrana plasmática, almacenar productos alimenticios en sus vacuolas, realizar la fotosíntesis a través de los cloroplastos. Observemos las células y veamos algunos de sus organelos y la forma en que actúan.

Objetivo

Observar algunos organelos celulares y la forma en que realiza sus funciones la membrana celular.

Problema

¿Qué cambios suceden en las células de Elodea cuando se colocan en soluciones con mayor o menor contenido de sales?

Información previa

• Define los siguientes términos: medio hipotónico, hipertónico e isotónico.

•E xplica el fenómeno de plasmólisis y turgencia. • Describe los diferentes tipos de organelos que se encuentran en la célula vegetal.

Materiales

Equipo: •M icroscopio •P ortaobjetos •C ubreobjetos •A guja de disección •B isturí •P inzas •C aja de Petri •G oteros 215

PRÁCTICAS DE LABORATORIO Reactivos y material biológico: • Disolución de cloruro de sodio al 10% (10 gr en 100 ml de agua) • Agua destilada • Elodea (planta acuática, se vende en acuarios) • Papa • Lugol

Procedimiento

Experimento 1 Observación de las células de Elodea: 1. Coloca en un portaobjetos una hoja de la planta acuática Elodea, con una gota de agua. Coloca el cubreobjetos y observa al microscopio. 2. Identifica las estructuras de las células de Elodea: pared celular, cloroplastos, vacuola, pared celular. 3. Elabora un esquema de tus observaciones. Experimento 2 Transporte a través de la membrana: 1. Prepara una disolución de cloruro de sodio al 10%. 2. Coloca en un portaobjetos una hoja de Elodea y agrega unas gotas de disolución de cloruro de sodio al 10%. 3. Observa con cuidado al microscopio los cambios que sucedan en las células, durante unos 5 minutos. 4. Ahora, toma una nueva hoja de Elodea y colócala en otro portaobjetos. 5. Agrega una gota de agua destilada y observa los cambios que sucedan en las células de Elodea. Experimento 3 Observación de leucoplastos en la papa: 1. Corta una rebanada de papa y rasca suavemente con el bisturí en la zona interna. 2. Extiende con cuidado en un portaobjetos el material raspado. 3. Agrega una gota de lugol. 4. Coloca el cubreobjetos y observa al microscopio los gránulos que se observan.

Cuestionario

1. ¿Qué le pasaría a una planta si la regaras con agua salada? Explica tu respuesta.

2. ¿Qué estructuras celulares observaste en las células de la Elodea?

3. ¿Cuál es la función de los cloroplastos? 4. ¿Por qué los leucoplastos se tiñen con el lugol? 5. ¿Cuál es la función de las vacuolas en los vegetales?

Conclusiones

Anota tus conclusiones en cuanto a la función que desempeña la membrana en las células vegetales. Compara la forma y estructuras con las células que observaste en la práctica anterior.


Plantea un experimento en el que observes los cambios de las células de papa, de zanahoria o de células sanguíneas en un medio hipotónico, hipertónico o isotónico. De ser posible, llévalo a la práctica.


Pigmentos fotosintéticos

Las plantas tienen una gran variedad de colores, y esto es debido a los pigmentos que cada una posee. En realidad todos los pigmentos colaboran para que se pueda llevar a cabo el proceso fotosintético, así que plantas amarillas, verdes o rojas producen alimentos a partir de la energía del Sol.

Objetivo

Separar los distintos pigmentos vegetales por medio de la cromatografía en papel.

Problema

¿Cuántos pigmentos diferentes podemos encontrar en las hojas de espinaca?

Experimento 4 Observación de vacuolas en la col morada: 1. Haz un corte delgado de la epidermis de la col morada. 2. Coloca el corte en un portaobjetos. 3. Agrega una gota de agua y coloca el cubreobjetos. 4. Observa al microscopio a distintos aumentos. 5. Identifica las vacuolas y las zonas pigmentadas de las células que se observan.

Información previa


Equipo: • Caja de Petri o vaso de precipitados • Mortero • Tijeras • Embudo • Tubo capilar

1. Haz esquemas de tus observaciones, anotando los aumentos correspondientes en cada caso, así como iluminando del color que se observa en cada estructura. 2. Completa el siguiente cuadro referente al experimento de la Elodea: Experimento 1 2 216

Tipo de solución (hipotónica, isotónica o hipertónica)

Fenómeno observado (plasmólisis o turgencia)

• Menciona cuáles son los distintos pigmentos de las plantas y su función.

• Investiga en qué consiste el proceso de la cromatografía. • Señala el papel de los solventes orgánicos para la separación de pigmentos fotosintéticos.

Materiales

Reactivos y material biológico: • Espinacas o acelgas • Acetona • Éter de petróleo • Benceno • Papel filtro Wathman st-editorial.com

Procedimiento

1. Coloca en un mortero trozos de hojas de espinacas lavadas, junto con 10 o 15 ml de acetona.

3. ¿Por qué empleamos acetona para extraer la clorofila? 4. ¿Qué pigmento es el más abundante en las plantas? 5. ¿Qué función cumple el eluyente?

2. Tritura con el pistilo del mortero hasta que se forme una pasta y el líquido adquiera una coloración verde intenso.

3. Filtra con una gasa el macerado en un tubo de ensayo. 4. Corta una tira de papel de filtro de unos 2 cm de anchura

y unos 10 cm de altura. 5. Marca en la tira de papel una línea a 1.5 cm de ambos bordes. 6. Pon con el capilar en el papel filtro 2 gotas de solución de pigmentos, justo en la parte media de la línea marcada con el lápiz. Repite dos veces esta operación, dando tiempo para que vaya secándose la muestra y aumente la concentración de pigmentos. 7. Coloca en el vaso de precipitados o en un tubo largo y ancho una mezcla de eluyente, la cual se prepara en una proporción de 0.8 ml de acetona por 9.2 ml de éter de petróleo o bien 8.5 ml de éter de petróleo, 1 ml de acetona, 0.5 ml de benceno. 8. Coloca la tira de papel filtro sobre el líquido del tubo, de manera que este no llegue a tocar la línea marcada con el lápiz, ni la gota que se puso con el capilar. 9. Espera a que el eluyente vaya subiendo por el papel; al hacerlo verás que van apareciendo líneas de distintos colores, que son los diferentes pigmentos de la planta. Anota tus resultados y no deseches el papel en el que has hecho la cormatografía.


El proceso que has realizado es una cromatografía en papel. Cuando se lleva a cabo este tipo de procedimiento se reportan los resultados en forma numérica. 1. Anota los resultados tomando en cuenta el color de cada pimento, señala en qué orden se acomodaron en la cromatografía: Pigmento

Color

Clorofila a

Verde oscuro

Clorofila b

Verde claro

Carotenos

Naranja

Xantofilas

Amarillo

2. Mide la distancia que recorrió cada pigmento, partiendo de la línea marcada con lápiz.

3. Mide la distancia total que recorrió el eluyente en la tira de papel.

4. Divide la distancia de cada pigmento entre la distancia del eluyente y obtendrás su factor de corrimiento o RF. Distancia del pigmento = RF -------------------------------Distancia total

5. Obtén el RF de cada pigmento y compáralo con el que obtuvieron tus compañeros.

Cuestionario

1. ¿Cuántos diferentes pigmentos encontraste en las hojas de espinaca?

2. ¿Por qué en una planta hay más de un pigmento? st-editorial.com

Conclusiones

Explica la importancia que tiene la presencia de una diversidad de pigmentos en la planta para favorecer la eficiencia fotosintética.


Realiza este mismo experimento con flores de diversos colores, y reporta los pigmentos que encuentres en ellas.


Respiración celular

La respiración celular es un proceso común a todos los seres vivos, sean levaduras o seres humanos. Las levaduras son un tipo de hongos unicelulares que respiran de manera anaerobia y realizan la fermentación, mientras que los seres humanos respiramos de manera aerobia. Veamos algunas evidencias de estos dos tipos de respiración.

Objetivo

Observar evidencias indirectas de los procesos de fermentación en las levaduras y de respiración aerobia en el ser humano.

Problema

¿Cómo podemos demostrar el proceso de respiración celular en los seres vivos?

Información previa

•D escribe el concepto de metabolismo. •S eñala las diferencias entre el proceso de respiración aerobia y anaerobia.

•E xplica el proceso de la fermentación.

Materiales

Equipo: •M atraz Erlenmeyer de 125 ml •P robeta •T ubos de ensayo •G radilla •P arrilla •B año María •G otero •B alanza granataria •G lobo Reactivos y material biológico: •L evadura de pan •G lucosa a 5% •S olución de azul de bromotimol •R eactivo de Fehling A •R eactivo de Fehling B •J ugo de naranja 217

PRÁCTICAS DE LABORATORIO Procedimiento

Experimento 1 1. Coloca 3 ml de jugo en un tubo de ensayo (tubo N° 1) y otros 3 ml en otro (tubo N° 2). 2. Al tubo N° 1 agrégale 1 g de levadura. Deja fermentar por 10 minutos. 3. Agrega a ambos tubos 4 gotas de reactivo de Fehling A y 4 gotas de reactivo de Fehling B. 4. Calienta en baño María y observa si hay cambio de color en los tubos. Experimento 2

1. Coloca 10 g de levadura de pan en un matraz Erlenmeyer de 250 ml. 2. Agrega 100 ml de solución de glucosa a 5%. 3. Tapa la boca del matraz con un globo. 4. Deja fermentar por 10 minutos. 5. Observa cambios en el globo.

Experimento 3 1. Coloca 100 ml de agua en un matraz Erlenmeyer. 2. Agrega 2 gotas de azul de bromotimol para obtener un color azul tenue en la solución. 3. Con la ayuda de un popote, burbujea en el agua hasta observar un cambio de color. 4. Toma el tiempo requerido para obtener el cambio.


Las bacterias del yogur, llamadas lactobacilos, se nutren mediante un proceso de fermentación láctica, por medio del cual acidifican la leche. Tú puedes comprobar esto si colocas juntos leche y un poco de yogur, y mides el pH cada hora. ¿Qué resultados esperarías obtener? Diseña tu experimento y llévalo a cabo.


Protistas y hongos

Los organismos de los reinos Protista y Fungi se encuentran muy cercanos a nosotros, todos los días nos encontramos con ellos: cuando vemos lama en una fuente, cuando se llena de moho algún alimento, cuando comemos champiñones… Veamos cómo son microscópicamente estos tipos de organismos.

Objetivo

Observar y definir la estructura de organismos pertenecientes al reino Protista y al reino Fungi.

Problema

¿Cómo podemos distinguir a los organismos pertenecientes al reino Fungi de los del reino Protista?

Información previa


• Describe las características y la clasificación de los organismos pertenecientes al reino Protista.

Experimento

Cambios observados

Explicación

1

2

3

Cuestionario

1. La prueba con el reactivo de Fehling, como ya se había

visto, nos indica la presencia de azúcares. ¿Qué nos indica la diferencia entre el tubo N° 1 y el tubo N° 2 en el primer experimento? 2. ¿Qué proceso ocurre al colocar glucosa y levaduras en el experimento 2? 3. ¿Cuál es el gas que se libera en el experimento 2? 4. El azul de bromotimol cambia de azul a transparente cuando se encuentra en un medio ácido, ¿qué ácido se formó en el agua cuando burbujeaste en ella? 5. Anota la ecuación general de la fermentación.

Conclusiones

Explica de qué manera se demostró el proceso respiratorio en las levaduras y en los seres humanos. 218

• Describe las características y algunos ejemplos de los organismos pertenecientes al reino Fungi.

• Señala los ambientes en que viven estos tipos de organismos.

Materiales

Equipo: • Microscopio compuesto • Vasos de precipitados • Gotero • Portaobjetos • Cubreobjetos • Pinzas • Bisturí Reactivos y material biológico: • KOH a 0.7% • Colorante azul de metileno • Cultivo de protozoarios* • Algas de acuario** • Lama de alguna fuente o pileta • Moho de pan, tortilla o fruta obtenida previamente • Hongo champiñón o uno similar • Huitlacoche * Lo puedes obtener de agua estancada de un charco, una fuente o un florero, también si dejas por siete días té en un envase abierto. ** Compra algas macroscópicas en un acuario. st-editorial.com

Procedimiento

Observación de protozoarios: 1. Toma con el gotero una gota del cultivo de protozoarios. 2. Colócala en el portaobjetos y luego coloca el cubreobjetos. (En caso de contar con un portaobjetos excavado, se podrá observar mejor la muestra.) 3. Observa al microscopio, primero a 10x, luego a 40x y, si es posible, a 100x. 4. Si es necesario, utiliza el colorante azul de metileno. 5. Observa de esta manera todas las muestras que hayas traído hasta encontrar protozoarios. 6. Haz dibujos de tus observaciones. Observación de algas: 1. Con la ayuda de una aguja de disección coloca un poco de lama en el portaobjetos. 2. Agrega una gota de agua y un cubreobjetos. 3. Observa a distintos aumentos en el microscopio. 4. Coloca el alga macroscópica en una caja de Petri y haz un pequeño corte. 5. Coloca el corte en un portaobjetos y observa a través del microscopio. 6. Dibuja tus observaciones. Observación de moho: 1. Observa el moho con una lupa o con el microscopio estereoscópico. 2. Toma con la aguja de disección una pequeña muestra de moho y colócala en el portaobjetos. 3. Coloca una gota de KOH al 0.7% y pon el cubreobjetos. 4. Observa el microscopio óptico identificando las estructuras, como hifas, micelio, esporangios, esporas. Observación de hongo basidiomiceto: 1. Observa el champiñón o huitlacoche con ayuda de la lupa o microscopio estereoscópico. 2. Haz un corte en la zona de las laminillas. 3. Colócalos sobre el portaobjetos y observa las estructuras presentes, como esporas o micelio.


Haz esquemas de cada una de tus observaciones. Recuerda que debes poner en cada dibujo los aumentos a los que observas, el nombre del organismo, su clasificación y las estructuras que logres identificar. Señala en el siguiente cuadro las características de cada tipo de organismo que observaste. Organismo

Reino

Filo (grupo)

Forma de nutrición

Hongo (moho) Hongo champiñón Hongo huitlacoche

Cuestionario

1. ¿Cuáles son las diferencias principales entre las algas y los protozoarios?

2. ¿Qué importancia tienen las algas para los ecosistemas? 3. Describe la función de las siguientes estructuras: hifa, micelio, esporangio, espora.

4. Explica por qué cuando dejamos un alimento en ciertas condiciones de humedad y temperatura se llena de hongos del tipo moho. 5. ¿Qué importancia ecológica tienen los hongos?

Conclusiones

Explica las características comunes que encontraste entre todos los hongos observados, y sus diferencias con los organismos del reino Protista.


Plantea un experimento en el que logres descubrir las condiciones más propicias para el desarrollo de los hongos, en cuanto a humedad y temperatura. Puedes utilizar alguna fruta, como coco, melón o fresa. Plantea tu diseño experimental y elabora un reporte escrito con los resultados de tu experimento.


Reinos Plantae y Animalia

Las plantas y los animales nos proporcionan grandes beneficios: nos dan alimento, ayuda, compañía. Conozcámoslos más de cerca y aprendamos a ubicarlos de acuerdo a su clasificación.

Objetivo

Observar ejemplares de plantas y animales, para identificar sus estructuras, sus características más representativas y la forma en que se clasifican.

Problema

Protozoario

¿Cómo se clasifican a los organismos de los reinos Plantae y Animalia?

Alga unicelular

Información previa

Alga pluricelular

•A nota la clasificación general de los animales, señalando

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• Investiga los grupos principales de las plantas y la forma en que se caracteriza cada uno. los principales filos. 219

PRÁCTICAS DE LABORATORIO Materiales

Equipo: • Microscopio estereoscópico • Lupa • Cajas de petri • Agujas de disección • Pinzas • Charola

Registro de observaciones Completa el siguiente cuadro. Organismo

Reino

Filo o grupo

Forma de nutrición

Medio en que vive

Material biológico: • Rama de pino, helecho, musgo, planta con flor Los animales que puedas conseguir de la siguiente lista: • 1 lombriz viva • 1 caracol vivo • 1 insecto • 1 araña • 1 estrella de mar • 1 lombriz intestinal (áscaris) • 1 esponja • 1 pez o rana o lagartija o ave pequeña

Procedimiento

Observación de plantas: 1. Coloca los organismos vegetales en una charola. 2. Dibuja cada uno y anota su clasificación: reino, grupo o clase a la que pertenecen. 3. Anota la forma de reproducción de cada uno. Observación de animales: 1. Observa con cuidado cada uno de los organismos animales que has traído. Cuida de no maltratarlos ni matarlos, solo obsérvalos y al final de la práctica déjalos libres. 2. Dibuja cada uno, anotando en cada caso el filo al que pertenecen. 3. Señala las características más sobresalientes de cada organismo que hayas observado.

220

Cuestionario

1. Señala en orden evolutivo, de la más primitiva a la más evolucionada, las plantas que observaste en esta práctica.

2. Explica las diferencias entre las esponjas y el resto de los animales.

3. Señala las características de los cordados. 4. Anota cuál sería la clasificación, lo más completa posible, de la especie humana.

5. Explica cuál es la función de los parques zoológicos.

Conclusiones

Señala la importancia de las plantas y los animales, para el ser humano y para el medio ambiente.


Elige un animal que sea de tu agrado y elabora un informe acerca de sus características más representativas, el medio en que vive, su comportamiento, su clasificación, su alimentación, etc. Ilustra tu informe con alguna fotografía o imagen.

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EVALUACIÓN FINAL I. Resuelve el siguiente problema: En un hospital de cardiología se va a realizar la contratación de algunos

especialistas en biología, para sus diferentes departamentos. Correlaciona las columnas para señalar qué tipo de especialidad se requiere en cada caso.

1. 2. 3. 4. 5.

Virología Genética Citología Bioquímica Fisiología

a. Células de la sangre. b. Funcionamiento del corazón. c. Herencia de enfermedades cardiacas. d. Virus que afectan al ser humano. e. Sustancias que alteran el latido cardiaco.

Estimado/a docente, encuentre más información en: st-editorial.com

Conocimientos

II. Explica la relación entre la biología y las matemáticas en tu cuaderno. III. Elige la opción correcta. 1.

Es un ejemplo de bioelemento primario: a. sodio. b. zinc. c. nitrógeno d. cloro.

2.

Es un fenómeno por el cual el agua sube espontáneamente al estar en un tubo muy delgado: a. tensión superficial. b. capilaridad. c. solubilidad. d. densidad.

3.

Es un ejemplo de monosacárido, que proporciona energía de uso inmediato: a. almidón. b. sacarosa. c. lactosa. d. fructosa.

4.

Es un carbohidrato estructural que forma parte de la cubierta de hongos e insectos: a. glucógeno. b. celulosa. c. quitina. d. maltosa.

5.

Es un ejemplo de lípido complejo: a. triglicérido. b. esteroide. c. colesterol. d. fosfolípido.

6.

Es una molécula que se requiere en el organismo, pero que en exceso resulta perjudicial: a. triglicérido. b. fosfolípido. c. colesterol. d. cera.

7.

Las proteínas están formadas por la unión de: a. nucleótidos. b. aminoácidos. c. ácidos grasos. d. monosacáridos.

8.

Forman parte de nuestros músculos, la piel y el cabello: a. carbohidratos. b. proteínas. c. vitaminas. d. minerales.

9.

Ejemplo de vitamina liposoluble que se encuentra en los productos lácteos: a. C. b. D. c. K. d. B1.

10.

Realiza la síntesis de proteínas e interpreta el mensaje hereditario: a. aRn. b. adn. c. aTP. d. nad.

IV. Realiza las siguientes actividades y muestra tus respuestas al docente. 1. Explica dónde se encuentra el adn de un ser humano y cuál es su función. 2. Anota tres diferencias entre una célula procarionte y una eucarionte. 3. Explica alguna de las teorías actuales sobre el origen de la vida. 4. Señala tres componentes de la célula que consideres muy importantes para su funcionamiento y señala por qué.

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EVALUACIÓN FINAL V. Correlaciona las columnas. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

a. Sustancia que actúa como catalizador biológico. b. Es una de las etapas de la fotosíntesis, se lleva a cabo en la “fase oscura”. c. Es la fase de la respiración celular en la que se produce nadH, FadH y aTP. d. Molécula considerada como moneda energética del organismo. e. Fase de la respiración celular que se lleva a cabo en el citoplasma de la

aTP

Enzima Fermentación Glucólisis Ciclo de Krebs

célula y produce 2 aTP.

f. Proceso de respiración anaerobia que llevan a cabo algunas bacterias y

Ciclo de Calvin

levaduras.

Habilidades Realiza las siguientes actividades y muestra tus respuestas al docente.

1. Describe algún problema que represente un reto por resolver para la biología actual. 2. Se va a hacer un estudio acerca del jaguar, que es una especie que vive en algunas zonas de nuestro país y que requiere de cuidados especiales por estar amenazada. Se van a estudiar: las poblaciones de esta especie, el ecosistema, sus órganos internos, su adn, sus células, su tejido muscular. Organiza estos aspectos de acuerdo al nivel de organización de la materia, de menor a mayor nivel de complejidad. 3. Elabora un diseño experimental que realizarías para demostrar si es cierto que la cebolla sirve para curar enfermedades respiratorias. 4. Imagina que te encuentras en un lugar remoto con una “masa gelatinosa” que no sabes si es o no un ser vivo. Anota cinco características que tendrías que encontrar en esa masa para que la consideraras como ser vivo. 5. Describe por medio de esquemas la teoría endosimbiótica sobre el origen de las células eucariontes. Utiliza tu cuaderno para elaborar los esquemas. 6. En la siguiente lista, marca las enfermedades causadas por bacterias y anota las medidas que se pueden tomar para evitar esas enfermedades.

a. b.

Gonorrea Sida

c. d.

Rabia

e.

Cólera

Salmonelosis

7. Señala la forma de nutrición de cada uno de los siguientes organismos. a. Rana: b. Árbol de naranjo: c. Hongo champiñón: d. Lombriz intestinal: e. Bacteria sulfurosa: 8. Elabora en tu cuaderno un mapa conceptual de la actual clasificación de los seres vivos, señalando dominios y reinos.

9. Señala en tu cuaderno tres medidas que podrían favorecer la preservación de la biodiversidad.

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PARA TERMINAR. AUTOEVALÚA TUS COMPETENCIAS Ahora que has terminado el curso, es conveniente que hagas un alto para reflexionar sobre las competencias genéricas que has adquirido. En el siguiente cuadro, señala el nivel que consideres que has logrado en cada aspecto. Contesta con honestidad.

SIEMPRE

FRECUENTEMENTE POCO

CASI NUNCA

NUNCA

1 Te conoces, te valoras y abordas los problemas y retos a partir de objetivos.

2 Eres sensible al arte y lo aprecias e interpretas en todas sus expresiones.

3 Eliges y practicas estilos de vida saludables.

4 Escuchas, interpretas y emites mensajes pertinentes en distintos contextos, mediante la utilización de herramientas y medios apropiados.

5 Desarrollas innovaciones y propones soluciones a problemas a partir de un método seleccionado.

6 Mantienes una postura personal sobre temas de interés y consideras otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

7 Aprendes por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.

8 Participas y colaboras de manera efectiva en trabajos de equipo.

9 Participas con una conciencia cívica y ética en la vida de tu comunidad, la región, México y el mundo.

10 Mantienes una actitud respetuosa hacia la diversidad de culturas, creencias, valores, ideas y prácticas sociales de otras personas.

11 Contribuyes al desarrollo sustentable del medio ambiente, de manera crítica y con acciones responsables.

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FUENTES CONSULTADAS Alonso, E. Biología. Un enfoque integrador. 2ª edición. México: McGraw Hill, 2004. Audesirk, T. y Audesirk, G. Biología, ciencia y naturaleza. México: Pearson, 2004. Barnes, S. y Curtis, H. Biología. Buenos Aires: Médica Panamericana, 2000. Bernstein, R. S. Biología. Bogotá: McGraw Hill, 1998. Bonfil Olivera, Martín. Ciencia por gusto: una invitación a la cultura científica. México: Paidós Mexicana, 2004. Campbell, N. Biology. Estados Unidos: The Benjamin / Cummins Publishing Company, 1996. Curtis, H. Biología. 4ª edición. Buenos Aires: Médica Panamericana, 1985. Dreyfuss, G. El mundo de los microbios (La Ciencia desde México 42). México: Secretaría de Educación Pública (sep) / Comisión Federal de Electricidad (cfe) / Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (conacyt), 1987. EarthAction, 2001. url: http://www.earthaction.org/ es/archive/01-02-plan/background.html “Extracto del documento Biodiversidad”. Biodiversidad. 1ª edición. México: Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales (semarnat), 1999. url: http://www.conevyt.org.mx/actividades/diversidad/lectura_biodiversidad.htm Galván Huerta, S. y Bojórquez Castro, L. Biología. México: Santillana, 2004. Jimeno, A.; Ballesteros, M. y Ucedo, L. Biología. México: Santillana, 2003. Johnson, G. y Raven, P. Biology, principles and explorations. Estados Unidos: Holt, Ruinehart and Winston, 1998. Lazcano-Araujo, A. El origen de la vida. México: Edicol / Asociación Nacional de Universidades e Instituciones de Educación Superior (anuies), 1977. Martin, D.; Rodwell, V. y Mayes, P. Bioquímica de Harper. México: Manual Moderno, 1982. Rosnay, J. Orígenes de la vida. Barcelona: Ediciones Martínez Roca, 1970. Starr, Taggart. Biología, la unidad y diversidad de la vida. 10ª edición, vol. 1. México: Thomson, 2004. Tudela, Víctor. “El colesterol: lo bueno y lo malo” (La Ciencia desde México 140). México: sep / fce / conacyt, 1996. Velázquez Ocampo, Marta Patricia. Temas selectos de biología 1. México: ST Editorial, 2007.

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Duhne, Martha. “Insecticida ecológico”. Noticias de ciencia y tecnología. En: ¿Cómo ves? Año 12, No. 133, diciembre de 2009.

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