Biología
Tutoría 1: Unidad 1, Capítulos 1 y 2 Una de las alternativas que, desde UBA XXI, te ofrecemos para acompañarte en el estudio de esta materia, son las tutorías presenciales. En el campus encontrarás el Cronograma de tutorías que te da información sobre los horarios y las sedes donde se dictan, y también los temas del programa que se van a tratar semana a semana. Para que puedas aprovecharlas es muy importante que concurras con los textos leídos. Aquí presentamos algunos de los temas que trabajaremos en ese momento.
VISIÓN GENERAL DE LOS FENÓMENOS BIOLÓGICOS (CAP.1)
CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS 9
Formados por células (una o muchas).
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Complejidad estructural: con cierta proporción de átomos más abundantes en su composición y organizados de un modo característico.
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Son sistemas abiertos: intercambian materia y energía con el entorno.
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Metabolismo: conjunto de reacciones químicas propias de los seres vivos y que tienen como objetivo principal el aprovechamiento de la materia y la energía.
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Homeostasis: capacidad de mantener su medio interno relativamente constante a pesar de los cambios externos.
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Irritabilidad: capacidad de responder o reaccionar ante estímulos ya sean internos o externos.
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Evolución y adaptación: los seres vivos son el producto de muchos cambios acumulados durante grandes períodos de tiempo. Como producto de estos cambios se observan adaptaciones o características que resultan adecuadas para el ambiente en el que vive el organismo.
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Reproducción: capacidad de generar descendientes con similares características morfológicas y fisiológicas.
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Crecimiento y desarrollo: el crecimiento se relaciona con el aumento de tamaño de un individuo (por un aumento en su número de células) y el desarrollo se relaciona con los cambios fisiológicos y morfológicos ocurridos durante la vida de organismos, debido a la diferenciación celular y especialización de tejidos y órganos.
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Autopoyesis: capacidad de los sistemas de producirse a sí mismos, o sea, de generar los propios componentes que a su vez vuelven a producir los componentes que los produjeron. Entonces, un sistema autopoyético es un sistema que en vez de ser programado desde fuera, se hace a sí
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mismo. Por ejemplo: el ADN tiene información para la síntesis de proteínas pero, a su vez, hay proteínas que intervienen en la síntesis de ADN.
NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA La diferencia fundamental entre lo vivo y lo inerte radica en la forma en que los diversos componentes están organizados. Por eso, es importante hablar de los niveles de organización teniendo en cuenta que en un sistema cada uno de sus componentes tiene características que le son propias pero, además, el sistema tiene propiedades que no se encuentran en cada una de las partes por separado, llamadas propiedades emergentes. De este modo, podemos decir que la vida no es una propiedad que se encuentra en alguna de las partes de un ser vivo, sino que es una propiedad emergente producto de las relaciones entre sus componentes. A continuación, ordenaremos los distintos niveles de organización de la materia en forma creciente:
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Nivel subatómico (electrones, neutrones, protones) Nivel atómico (Fe, Na, K, Ca, etc.)
Materia inerte
Nivel molecular (agua, dióxido de carbono, glucosa, aminoácido, etc.) Nivel macromolecular (lípidos, hidratos de carbono, proteínas, ácidos nucleicos) Nivel macromolecular complejo o subcelular (organelas, membrana, ribosoma, virus) Nivel celular (bacterias, paramecios, amebas) Nivel tisular (esponjas) Nivel orgánico (tenias, planarias)
Materia viva
I N D I V I D U O
Nivel sistema de órganos (plantas vasculares, hombre, etc.) Nivel población (población de ballenas en península Valdés)
Nivel comunidad (comunidad de la laguna de Chascomús)
Agrupamientos de individuos
Nivel ecosistema (selva, sabana)
Nivel biósfera
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ALGUNAS CLASIFICACIONES DE LA BIODIVERSIDAD… Clasificación taxonómica en 5 reinos de Robert H. Whittaker (ecólogo y botánico
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estadounidense, 1920-1980) Esta clasificación tiene en cuenta tres características fundamentales de un individuo: 9
Número de células (unicelular o pluricelular).
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Tipo de células (eucarionte o procarionte).
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Tipo de nutrición (autótrofa o heterótrofa).
A continuación, caracterizaremos a cada uno de los reinos según estos tres criterios mencionados: Reino
N° de células
Tipo celular
Monera
unicelulares
procarionte
Protista
unicelulares, pluricelulares unicelulares, pluricelulares pluricelulares
eucarionte
pluricelulares
Fungi Metazoa o Animal Metafita o Vegetal
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eucarionte
Tipo de nutrición autótrofa, heterótrofa autótrofa, heterótrofa heterótrofa
eucarionte
heterótrofa
eucarionte
autótrofa
Algunos ejemplos bacterias, cianobacterias paramecios, amebas, algas rojas y pardas hongos de sombrero, levaduras humanos, yaguareté, tapir, flamenco pino, helecho, sauce
Clasificación ecológica
Esta clasificación tiene en cuenta los roles que desempeñan los distintos seres vivos en una cadena trófica.
Encontramos:
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Productores: son los autótrofos y los que dan comienzo a toda cadena trófica por ser los responsables de captar la energía lumínica y materia inorgánica (agua, dióxido de carbono, etc.) y transformarlos en materia orgánica con energía química.
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Consumidores: son heterótrofos. Los de primer orden son los que se alimentan de los productores; los de segundo orden son los que se alimentan de los consumidores de primer orden; los de tercer orden son los que se alimentan de los de segundo orden; etc.
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Descomponedores: son hongos y bacterias responsables de degradar los restos orgánicos de los otros seres vivos y transformarlos en moléculas inorgánicas que serán reutilizadas por los productores. Su rol tiene que ver con el reciclado de la materia.
ORGANIZACIÓN GENERAL DE LAS CÉLULAS (CAP.2)
FORMAS DE ESTUDIAR LAS CÉLULAS x
Microscopía
El uso de microscopios es una de las técnicas más difundidas para el estudio de las células. Son, en líneas generales, instrumentos que permiten amplificar la imagen de un objeto muy pequeño para ser observado a simple vista. Los objetos de escala microscópica son medidos con unidades de longitud que no son las habituales. Dichas unidades son: mm (1 mm equivale a 10-3 metros) ųm ó micrones (1
m equivale a 10-6 metros)
nm ó nanometros (1 nm equivale a 10-9 metros) Å o Ångström (1 A equivale a 10-10 metros)
Hay dos tipos básicos de microscopios: microscopios ópticos y microscopios electrónicos. Dentro de estos últimos encontramos los microscopios electrónicos de transmisión o MET y microscopios de barrido o MEB. A continuación, presentamos una idea estimada de los tamaños relativos de las células y sus componentes y con qué instrumentos ópticos podríamos observarlos:
Los
distintos
ópticos
se diferencian entre sí por la capacidad
instrumentos que
tienen
de
amplificar la imagen o el nivel
de
detalle con el que va a ser
observado un objeto. Dicho de otro modo, se distinguen por su límite de resolución. Límite de resolución: mínima distancia entre dos puntos que puede distinguir o resolver un sistema óptico. Por ejemplo, el ojo humano no consigue distinguir dos líneas que estén separadas por una distancia menor a 100 micrones (es decir, las ve como una sola línea). Un microscopio con un gran límite de resolución permitirá observar detalles que otro de menor límite no llega a resolver. 5
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Instrumento óptico Ojo humano Microscopio óptico Microscopio electronico
Limite de resolución 0.2 mm 0.2 ųm 200 nm – 0.4 nm ( hasta 1 Å MET y 10 nm MEB)
Comparemos las principales características de los microscopios ópticos y de los electrónicos: Características Fuente de energía Sistema de lentes Medio Formación de la imagen Amplificación
Microscopios ópticos Luz visible Cristal de vidrio o cuarzo Aire Observación directa 500 veces más
Microscopios electrónicos Haces de electrones Bobinas electromagnéticas Vacío Pantalla 500000 veces más
Si comparamos MET y MEB, en el MET los electrones son dispersados cuando pasan a través de una fina sección de la muestra a observar, y luego detectados y proyectados hacia una imagen sobre una pantalla fluorescente. En el caso del MEB, los electrones son reflejados sobre la superficie de la muestra. De este modo se registran las superficies de los objetos observados, lo que genera imágenes tridimensionales.
¿Qué podemos observar con cada uno de estos microscopios? Microscopio óptico: las células observadas pueden estar vivas o muertas. Se puede observar la presencia o ausencia de núcleo, la forma celular, las mitocondrias y cloroplastos (sin detalle). MET: las células observadas deben estar muertas después de haber sido tratadas con iones de metales pesados. Permite la observación de detalles a escala macromolecular. MEB: para observar células muertas, después de haber sido tratadas con iones de metales pesados. Permite obtener imágenes tridimensionales.
Antes de observar una muestra al microscopio, la misma debe ser tratada y preparada. Al conjunto de técnicas de preparación de las muestras previas a su observación, se lo denomina técnica histológica. Esta técnica consiste en una serie sucesiva de etapas que difieren para los microscopios ópticos y los electrónicos.
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Fraccionamiento celular
Esta técnica permite aislar los distintos componentes celulares para, de este modo, poder estudiarlos separadamente. Se basa principalmente en que los componentes celulares tienen distintas densidades, lo que posibilita separarlos por medio de la centrifugación (decanta lo más denso y lo menos denso queda en solución). En un esquema:
1) Se rompen las células mecánicamente (mortero, licuadora, etc.). El resultado se denomina homogenato (formado por los distintos componentes celulares).
Centrifugado
Sobrenadante
Homogenato Pellet
2) Al centrifugar el homogenato, se obtienen 2 fracciones: el sobrenadante y el pellet o sedimento. El sobrenadante puede centrifugarse nuevamente.
Qué componentes celulares van al pellet o quedan en el sobrenadante dependen de la velocidad y del tiempo de centrifugación. Lo más denso sedimenta primero y lo menos denso sedimenta luego de varias centrifugaciones.
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Cultivos celulares o cultivos de tejidos
Consisten en la extracción de las células de interés, de su medio natural, para luego colocarlas en recipientes especiales y adecuados. Se debe tener especial cuidado en mantener la nutrición, la oxigenación yla temperatura, y asegurar el cierre hermético del recipiente para evitar contaminaciones. Los pasos a seguir son:
Los cultivos celulares se utilizan para estudiar el comportamiento de las células (su crecimiento, reproducción y metabolismo) sin intervención de las variaciones sistémicas, ocurridas dentro de un organismo durante su normal homeostasis y bajo el estrés de un experimento.
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ORGANIZACIÓN GENERAL DE LAS CÉLULAS La materia viva se distingue principalmente de la materia inerte por su capacidad de metabolizar y autoperpetuarse. La célula es el nivel de organización de la materia más pequeño que posee estas características. Por lo tanto, tiene vida y es la responsable de las características vitales de los organismos. Todos los seres vivos están formados por células (una en el caso de los unicelulares o muchas en los pluricelulares). Podemos decir entonces que la célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos. Esto es lo que enuncia la Teoría celular moderna, junto con los siguientes postulados: 9
Todos los seres vivos están formados por células y productos celulares.
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El funcionamiento de un organismo es resultado de la interacción entre las células que lo componen.
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Toda célula proviene de otra preexistente.
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Las células contienen material hereditario.
Organización estructural de las células Hay dos tipos celulares básicos: células eucariontes (animal y vegetal) y procariontes.
CÉLULA EUCARIONTE
VEGETAL
CELULA PROCARIONTE
ANIMAL
Los esquemas no están a escala. Para mejor interpretación, consultá en el cuadro que compara los tipos celulares, en la siguiente página, el ítem “Tamaño aproximado”.
La principal diferencia entre estos tipos celulares se debe a la compartimentalización característica de los eucariontes. En estas células, cada compartimiento está destinado a una cierta función particular. Es decir, que en las eucariontes el trabajo celular está dividido en espacios diferentes, lo que las hace más eficientes. En los procariontes todas las funciones se realizan, o bien en la membrana plasmática, o en el citoplasma.
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Comparando estos tipos celulares: PROCARIONTE Núcleo Material genético
Pared celular Compartimientos membranosos
Ausente Una molécula de ADN circular, no asociada a histonas, dispersa en citoplasma Formada por peptidoglucanos Ausentes
Ribosomas Centríolos Citoesqueleto Tamaño aproximado
70 S ** Ausentes Ausente 1 micrómetro
División celular Tipo de nutrición
Fisión binaria Autótrofa heterótrofa
/
EUCARIONTE ANIMAL Presente Varias moléculas de ADN lineales, asociadas a histonas, dentro del núcleo
EUCARIONTE VEGETAL Presente Varias moléculas de ADN lineales, asociadas a histonas, dentro del núcleo
Ausente (excepto en hongos, de quitina*) Golgi, retículos, lisosomas, peroxisomas, mitocondrias, vacuolas pequeñas
Formada por celulosa
80 S Presentes Presente Entre 10 y 100 micrómetros Mitosis / Meiosis Heterótrofa
Golgi, retículos, lisosomas, peroxisomas, mitocondrias, vacuolas grandes, cloroplastos, glioxisomas 80 S Ausentes Presente Más de 100 micrómetros Mitosis / Meiosis Autótrofa
* En el reino Hongos, la pared celular está formada de quitina. ** S es el coeficiente de sedimentación.
Estructuras presentes en una célula procarionte: 9
Cápsula: presente en algunos procariontes, formada por un material mucoso. Permite a las bacterias adherirse entre sí o a sustratos.
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Flagelos: presentes en algunos procariontes. Su función se relaciona con los desplazamientos de estas células.
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Pared celular: rígida o flexible, porosa. Brinda protección a estas células.
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Membrana plasmática: bicapa de fosfolípidos con proteínas asociadas. Ausencia de colesterol. Presenta pliegues hacia el interior que aumentan su superficie con diversas funciones (respiración celular, fotosíntesis, etc.). Uno de ellos es el mesosoma (punto de unión de la membrana con el ADN).
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ADN: una sola molécula circular, no asociada a histonas. Está disperso en el citoplasma.
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Ribosomas 70S aislados o agrupados en polirribosomas.
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Virus, viroides, priones Estos agentes no son considerados células ya que no pueden realizar dos funciones básicas características de la materia viva: metabolismo y reproducción. Para ello deben infectar a una célula y utilizar de la misma toda la maquinaria de síntesis. Los definimos entonces como parásitos intracelulares obligados. Ésta es la característica común a virus, viroides y priones. Se diferencian, entre otras cosas, por el tipo de molécula/s que los constituyen.
Virus: características generales 9
Poseen ADN ó ARN
9
Tienen una cubierta proteica que encierra al ácido nucleico, la cápside (formada por capsómeros).
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Algunos (los virus envueltos) pueden tener otra cubierta más de lípidos, proteínas y glucoproteínas.
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Por
estar
asociación
formados de
por
una
macromoléculas,
pertenecen al nivel de organización macromolecular complejo o subcelular.
Ciclos de multiplicación viral Hay dos tipos de ciclos de multiplicación
viral: el
ciclo lítico y el lisogénico. En ambos casos el ciclo comienza del mismo modo: el virus reconoce la célula a infectar, se une a su membrana e ingresa el ácido nucleico viral (la cápside queda por fuera de la célula). En el ciclo lítico, el ácido nucleico se multiplica en forma independiente del ADN de la célula infectada. Luego, se sintetizan las cápsides y, finalmente, se ensamblan cápsides y ácido nucleico formándose así los virus hijos que salen de la célula rompiendo su membrana. En el ciclo lisogénico, el material genético viral se integra al material genético de la célula infectada, pasando a estar en estado de profago. Se multiplica, entonces, su material genético junto con el material genético celular. Cuando las condiciones son las apropiadas, el ADN viral se separa del ADN celular, se muliplica y, después, forma cápsides y ensambla formando virus hijos.
Viroides Son
agentes
infecciosos
constituidos
exclusivamente
por
una
molécula
de
ARN.
Infectan
fundamentalmente a las plantas. Pertenecen al nivel de organización macromolecular por estar formados por tan sólo una molécula de ARN.
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Priones Son proteínas infecciosas. Agentes responsables de encefalopatías espongiformes transmisibles, que afectan al sistema nervioso central (entre ellas la conocida enfermedad de la vaca loca, por ejemplo). Pertenecen al nivel de organización macromolecular por estar formados por una proteína.
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