Unidad I - Introducción al Estudio de la Biología

Centro Educativo Kinal

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Curso de Biología

Centro Educativo Técnico Laboral Kinal

BIOLOGÍA

6º. Bachiller en Ciencias y Letras Prof. Mynor Martínez

Ciclo Escolar 2009 I – Introducción al Estudio de la Biología

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Curso de Biología

ÍNDICE CAPÍTULO 1 Historia de la Biología

1

CAPÍTULO 13 ADN

84

CAPÍTULO 2 7 Ciencias Biológicas Fundamentales

CAPÍTULO 14 Genética Humana

91

CAPÍTULO 3 Método Científico

11

CAPÍTULO 15 Genética Aplicada

102

CAPÍTULO 4 Seres Vivos

14

CAPÍTULO 16 Bioética

110

CAPÍTULO 5 Elementos de la Vida

20

CAPÍTULO 17 Histología

115

CAPÍTULO 6 Moléculas de la Vida

24

CAPÍTULO 18 Fotosíntesis

127

CAPÍTULO 7 La Célula

39

CAPÍTULO 19 Clasificación de los Seres Vivos

135

CAPÍTULO 8 Diferenciación Celular

50

CAPÍTULO 20 Introducción a la Ecología

147

CAPÍTULO 9 55 Mecanismos de Transporte Celular

CAPÍTULO 21 Ecosistemas

151

CAPÍTULO 10 Reproducción Celular

60

CAPÍTULO 22 Ciclos Biogeoquímicos

162

CAPÍTULO 11 Mecanismos de la Herencia

69

CAPÍTULO 23 Situación Ambiental

170

CAPÍTULO 12 Introducción a la Genética

79

© Centro Educativo Técnico Laboral Labo ral Kinal. Guatemala, Centro América. Autorizada la reproducción de material únicamente aa estudiantes material estudiantes del estudiantes del Centro. Ce ntro. Enero de 2009 2009 de este material Centro.

I – Introducción al Estudio de la Biología

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Curso de Biología

ÍNDICE CAPÍTULO 1 Historia de la Biología

1

CAPÍTULO 13 ADN

84

CAPÍTULO 2 7 Ciencias Biológicas Fundamentales

CAPÍTULO 14 Genética Humana

91

CAPÍTULO 3 Método Científico

11

CAPÍTULO 15 Genética Aplicada

102

CAPÍTULO 4 Seres Vivos

14

CAPÍTULO 16 Bioética

110

CAPÍTULO 5 Elementos de la Vida

20

CAPÍTULO 17 Histología

115

CAPÍTULO 6 Moléculas de la Vida

24

CAPÍTULO 18 Fotosíntesis

127

CAPÍTULO 7 La Célula

39

CAPÍTULO 19 Clasificación de los Seres Vivos

135

CAPÍTULO 8 Diferenciación Celular

50

CAPÍTULO 20 Introducción a la Ecología

147

CAPÍTULO 9 55 Mecanismos de Transporte Celular

CAPÍTULO 21 Ecosistemas

151

CAPÍTULO 10 Reproducción Celular

60

CAPÍTULO 22 Ciclos Biogeoquímicos

162

CAPÍTULO 11 Mecanismos de la Herencia

69

CAPÍTULO 23 Situación Ambiental

170

CAPÍTULO 12 Introducción a la Genética

79

© Centro Educativo Técnico Laboral Labo ral Kinal. Guatemala, Centro América. Autorizada la reproducción de material únicamente aa estudiantes material estudiantes del estudiantes del Centro. Ce ntro. Enero de 2009 2009 de este material Centro.


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Curso de Biología

I UNIDAD CAPÍTULO 1 Historia de la Biología

Introducción al Estudio de la Biología

CAPÍTULO 2 Ciencias Biológicas Fundamentales CAPÍTULO 3 Método Científico CAPÍTULO 4 Seres Vivos CAPÍTULO 5 Elementos de la Vida CAPÍTULO 6 Moléculas de la Vida I – Introducción al Estudio de la Biología

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CAPÍTULO 1 HISTORIA DE LA BIOLOGÍA El término Biología recién ha pasado los doscientos años, pues pues fue propuesto en 1802. Esta palabra deriva de los términos griegos “bios” que significa vida y “logos” que significa discurso, conocimiento.

Este concepto no coincide en parte con los que nuestros antepasados manejaban en sus estudios sobre los seres vivos. En efecto, para los antiguos naturalistas, el estudio de los organismos, comprendido, junto con el de los objetos inanimados, bajo la amplia y venerable rúbrica de “Historia Natural”, se reducía a la observación más o menos metódica de los seres naturales y a la utilización empírica de estos conocimientos en el cultivo, la cría y el aprovechamiento aprovechamiento de unas pocas especies animales y vegetales. vegetales. Sobre estos parcos conocimientos, y con demasiada frecuencia al margen de ellos, se elaboraban además complejas teorías filosóficas, que muchas veces retrasaron en gran medida el progreso de los conocimientos biológicos. Modernamente, la Biología ha adquirido ya definitivamente la categoría de una Ciencia Experimental, en la que se utiliza el método científico, lo cual ha enriquecido profundamente sus técnicas, su contenido y también sus implicaciones filosóficas, elevando a las ciencias biológicas a un primer plano de la cultura. La historia de la Biología tradicionalmente ha sido dividida en tres etapas de desarrollo, cada una de estas se caracteriza por una serie de descubrimientos y propuestas, un desarrollo tecnológico y una forma de organizar el pensamiento; estas etapas son: antigua, moderna y molecular.

BIOLOGÍA ANT ANTIGUA IGUA La Biología como un conjunto de conocimientos organizados se inicia hacia el año 500 a.C. en Grecia; muchos de los resultados obtenidos en esta época se fundamentaban en la observación y en el pensamiento lógico, el método científico como herramienta para la investigación aun no se conocía. Una de las creencias de la época, era que el comportamiento de la naturaleza estaba regido por los designios de uno o varios dioses; el estado de ánimo de estos, determinaban las enfermedades, las tormentas, las pestes, etc. El hombre, como simple mortal, no tenía capacidad para explicar los diferentes fenómenos que ocurrían a su alrededor. Hacia el año 500 antes de nuestra era, surgen los Filósofos naturalistas , ellos establecieron que el comportamiento de la naturaleza no dependía del estado de ánimo de uno o varios


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dioses; consideraban que los fenómenos naturales podían ser comprendidos por el hombre si los observaba cuidadosamente, esta observación sistemática permitiría, además, predecir la ocurrencia de dichos fenómenos. Uno de los filósofos naturalistas más destacados fue Aristóteles (384 - 322 a.C.). Aristóteles (384-322 a.C.), filósofo y científico griego, considerado, junto a Platón y Sócrates, como uno de los pensadores más destacados de la antigua filosofía griega y posiblemente el más influyente en el conjunto de toda la filosofía occidental. Planteó la teoría de la Generación Espontánea e intentó un sistema de clasificación animal basado en observaciones. Sus consideraciones acerca de la naturaleza, su definición del movimiento en términos de acto y potencia, etc., tuvieron una importancia fundamental hasta la revolución científica del mundo moderno. Al respecto escribió Historia de los animales, Sobre las partes de los animales, Del movimiento animal, De la marcha de los animales, Sobre la generación de los animales, entre otras obras.

Hipócrates (c. 460-c. 377 a.C.), el médico más importante de la antigüedad, es considerado el padre de la medicina. Nacido probablemente en la isla de Cos, Grecia, realizó numerosos viajes antes de establecerse definitivamente en la isla para dedicarse a la enseñanza y la práctica de la medicina. Murió en Larissa, Grecia, y poco más se sabe de él. Su nombre se asocia al juramento hipocrático, aunque es muy posible que no fuera el autor del documento.

Algunos otros investigadores de la época se interesaron por la anatomía y la fisiología:

Galeno (130 - 200 años d.C.): Es considerado el primer anatomista griego y aún cuando en su época no se permitían las disecciones humanas, describió nuestra anatomía. Para hacerlo, practicó disecciones a un tipo de mono muy similar al hombre, el mono bárbaro, y por

A partir de esa época y hasta el Renacimiento, es poco lo rescatable en cuanto a avances en el estudio de la vida. Los personajes más destacados son:


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Avicena (980-1037): Fue el más influyente de los médicos islámicos. En su enciclopedia médica abarcó todo el conocimiento médico disponible de la antigüedad y de fuentes musulmanas. Su obra se conoce producto de la invasión árabe a parte de Europa. San Isidoro de Sevilla (560-636): Se le considera como un puente entre la Edad Antigua que terminaba y la Edad Media por comenzar. Su principal contribución fueron sus Etimologías que comprendía todo el conocimiento de la época. San Alberto Magno (1200-1280): Es considerado el mayor naturalista de la Edad Media. Fue una autoridad en física, geografía, astronomía, alquimia (química), mineralogía y biología. Sus dos obras principales son De vegetabilibus y De animalibus , en las que retoma las ideas aristotélicas con nuevos hechos y observaciones. Leonardo da Vinci (1452-1519): Además de ser un notable artista del Renacimiento, cuyas obras son reconocidas por su esplendor, contribuyó a la ciencia con estudios anatómicos minuciosos que no se habían realizado hasta entonces. Sus dibujos fueron los más detallados de la época. Miguel Servet (1511-1553): Descubrió la circulación pulmonar de la sangre y la función de la respiración en la transformación de la sangre venosa y arterial. Andreas Vesalius (1514 –1565): Este médico originario de Bruselas, Bélgica, practicó disecciones humanas y describió de una mejor manera la anatomía humana. Sus resultados se encuentran en un libro llamado “Corpori Humani Fabrica ”. William Harvey (1578 – 1657): Médico y científico inglés quien descubrió que el corazón era el encargado de bombear la sangre y además, descubrió el sentido de la circulación sanguínea. Exploradores y colonizadores del siglo XVI: A principios del siglo XVI, la exploración y colonización europea se dio rápidamente, aumentando significativamente las colecciones de plantas y animales. Los investigadores tuvieron que especializarse en campos más limitados, los primeros fueron la Botánica, que es la rama de la Biología que se encarga del estudio de las plantas, la Zoología, que es la encargada de estudiar a los animales. Por necesidades específicas, nacieron otras ramas derivadas de ellas, como la Taxonomía, que estudia la forma de clasificar a los seres vivos. Para concluir con este período de poco más de 2000 años, podemos decir que durante la etapa de Biología antigua surgieron las primeras ideas sobre el origen de la vida, se empieza a describir la anatomía y fisiología humana, así mismo, surgen la botánica, la zoología y la taxonomía.


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BIOLOGÍA MODERNA Esta etapa de la Biología se inicia a mediados del siglo XVII y se extiende hasta poco antes del año 1920. Uno de los inventos más importantes de esta época, es sin lugar a dudas el microscopio, ya que con su ayuda se empezaron a observar estructuras biológicas que a simple vista no era posible hacerlo. La historia no establece claramente quien inventó el microscopio; algunos historiadores piensan que Giovanni Farber lo inventó en el año 1550; otros opinan que la paternidad de este invento le corresponde a Zaccharias Jannsen quien lo inventó hacia el año de 1590. Entre los primeros microscopistas podemos citar a los siguientes: Marcello Malpighi (1628–1694):: Profesor de medicina en la Universidad de Bologna, Italia, que entre otras cosas se interesó en el estudio de los capilares. Estudió la piel, la lengua, el cortex cerebral y los glóbulos rojos. Al observar pulmones de ranas, observó que los vasos capilares unían a las arterias con las venas. Se le considera fundador de la Histología. Jan Swammerdam (1637–1680):: Médico originario de Holanda, utilizó el microscopio para estudiar y describir la anatomía interna de insectos. Dedicó su atención a estudiar pocos organismos pero con gran detalle. Anton van Leeuwenhoek (1632–1723):: Este investigador originario de Delft, Holanda, a pesar de no tener estudios suficientes, contribuyó al surgimiento de una de las ramas de la Biología, la Microbiología. A el se le atribuye la construcción del primer microscopio funcional y el descubrimiento de microorganismos en el agua; también fue uno de los primeros en observar espermatozoides humanos. Robert Hooke (1635–1703):: Este investigador fue el primero en utilizar la palabra “célula”. Hooke estaba viendo al microscopio un corte de corcho, observó que la estructura del corcho presentaba una serie de celdas vacías ordenadas a manera de un panal de abejas, para referirse a estas celdas utilizó la palabra célula. Descubrió parte de la estructura de las plantas. Carl von Linneo (1707-1778), naturalista sueco que desarrolló la nomenclatura binómica para clasificar y organizar a los animales y las plantas. En 1735, publicó su Systema naturae (Sistema natural ), el primero de una serie de trabajos en los que presentó su nueva propuesta taxonómica para los reinos animal, vegetal y mineral. En 1751 publicó Philosophia botanica (Filosofía botánica), su obra más influyente. En ella afirmaba que era posible crear un sistema natural de clasificación a partir de la creación divina, original e inmutable, de todas las especies.. Entre sus obras destacan: Genera plantarum (Géneros de plantas, 1737) y Species plantarum (Especies de plantas, 1753).


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Jean Baptiste Lamarck (1744–1829) : Propuso una teoría evolucionista que fue denominada lamarquismo . Hizo estudios de botánica, meteorología, química, geología, paleontología y zoología. Obras: Filosofía zoológica (1809), Historia natural de los animales. Marie Francois Bichat (1771–1802):: Este médico estableció que los órganos estaban formados por subunidades a las que llamó tejidos; también estableció que dentro de los tejidos existía un nivel más bajo de organización, posteriormente se descubre que este nivel inferior estaba formado por células. Theodor Schwann y Mathias Schleiden:: En 1838, estos dos biólogos alemanes establecieron que la célula era la unidad anatómica y estructural de los seres vivos. Schwann se interesó por el estudio de la célula animal y Schleiden por la vegetal. Luis Pasteur (1822–1895):: En 1860 demostró experimentalmente que la Teoría de la generación espontánea, propuesta por Aristóteles, era errónea. A partir de este hecho, se sientan las bases de la “Teoría biogenética”, la cual establece que los seres vivos se originan de materia viva preexistente. Robert Koch (1843–1910): Es considerado uno de los fundadores de la bacteriología. Descubrió los bacilos de la tuberculosis y el cólera. Por sus estudios, le fue otorgado el Premio Nóbel de Fisiología y Medicina en 1905. Gregor Johann Mendel (1822-1884), monje austriaco cuyos experimentos se convirtieron en el fundamento de la actual teoría de la herencia. Nacido el 22 de julio de 1822, en el seno de una familia campesina de Heinzendorf (hoy Hynèice, República Checa), ingresó en el monasterio de agustinos de Brünn (hoy Brno, República Checa), reputado centro de estudio y trabajo científico. Más adelante trabajaría como profesor suplente en la Escuela Técnica de Brünn. Allí, Mendel se dedicó de form a activa a investigar la variedad, herencia y evolución de las plantas en un jardín del monasterio destinado a los exper imentos. Entre 1856 y 1863 cultivó y estudió al menos 28.000 plantas de guisante o chícharo, analizando con detalle siete pares de características de la semilla y la planta. Sus exhaustivos experimentos tuvieron como resultado el enunciado de dos principios que más tarde serían conocidos como leyes de la herencia. Sus observaciones le llevaron también a acuñar dos términos que siguen empleándose en la genética de nuestros días: dominante y recesivo. Murió el 6 de enero de 1884 en Brünn.


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Charles Robert Darwin (1809-1882), científico británico que sentó las bases de la moderna teoría evolutiva, al plantear el concepto de que todas las formas de vida se han desarrollado a través de un lento proceso de selección natural. Su trabajo tuvo una influencia decisiva sobre las diferentes disciplinas científicas, y sobre el pensamiento moderno en general.

Como conclusión a este período de unos 300 años podemos anotar lo siguiente: es una etapa caracterizada por un método de trabajo experimental y por la tentativa de relacionar a las estructuras celulares con su función, surgen nuevos campos de la biología como la microbiología, citología, genética y evolución entre otras. Estas son solo algunas de las aportaciones que caracterizan a la época de la Biología moderna.

BIOLOGÍA MOLECULAR Es el momento actual de la Biología, se inicia aproximadamente en 1920 y se caracteriza por el estudio de la estructura celular y sus funciones, tanto a nivel fisiológico como a nivel molecular. La invención del microscopio electrónico, los avances tecnológicos hicieron y han hecho posible grandes logros en los distintos campos de la Biología, destacando sobre manera lo alcanzado a nivel de investigación genética; actualmente ya no solo se habla de mejoramiento genético de especies animales y vegetales; hoy se habla sobre terapias génicas, clonación, conocimiento total del genoma humano, posibilidad de teñir la fibra del DNA y relacionar la forma que presenta con alguna enfermedad, etc. Otro hecho importante dentro de esta época, es el estudio de la estructura y fisiología celular a nivel molecular, aquí no solo se establece que tipo de sustancias químicas intervienen en la estructura de la célula, también se explica cual es la función que desempeña cada una de estas sustancias dentro de la misma. FUENTES:   

“Temas de Biología” de varios autores. España. 1990 “Conceptos Fundamentales de Biología” de varios autores. México. 1980. “Biología y Geología” de varios autores. España. 1998

En internet 

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“Introducción a la Biología”, publicado en http://www.biologia.edu.ar/introduccion/1intro.htm. Página de la Universidad Nacional del Nordeste, Argentina. Más biografías en http://www.natureduca.com/biograf/index.htm.


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CAPÍTULO 2 CIENCIAS BIOLÓGICAS FUNDAMENTALES La Biología es la ciencia de la vida. El término fue introducido en Alemania en 1802 y popularizado por el naturalista francés Jean Baptiste Lamarck con el fin de reunir en él un número creciente de disciplinas que se referían al estudio de las formas vivas. El impulso más importante para la unificación del concepto de Biología se debe al zoólogo inglés Thomas Henry Huxley1, que insistió en que la separación convencional de la zoología y de la botánica carecía de sentido, y que el estudio de todos los seres vivos debería constituir una única disciplina. Este planteamiento resulta hoy incluso más convincente, ya que en la actualidad los científicos son conscientes de que muchos organismos inferiores tienen características intermedias entre plantas y animales. Aunque el término “Biología” apareció a principios del siglo XIX, el estudio de los seres vivos es muy anterior. La descripción de plantas y animales, así como los conocimientos anatómicos y fisiológicos, se remonta a la antigua Grecia y surgió de manos de filósofos y médicos como Hipócrates, Aristóteles y Galeno, entre otros.. Desde esa época la biología ya tenía vínculos directos conciencias como la botánica, la zoología y la anatomía, con quienes ha venido evolucionando paralelamente.

SUBDIVISIONES DE LA BIOLOGÍA Siempre ha sido difícil determinar los límites de la biología, y al tiempo que el campo de acción de esta ciencia ha variado, sus áreas de estudio se han modificado y reorganizado. En la actualidad, se subdivide en materias jerarquizadas basadas en la molécula, la célula, el organismo y la población. La biología molecular, que comprende la biofísica y la bioquímica, ha constituido una gran aportación a la biología moderna. Actualmente, los conocimientos sobre la estructura y función de los ácidos nucleicos y proteínas, moléculas claves de toda la materia viva, son amplios. El avance más importante para la ciencia moderna fue el descubrimiento de los mecanismos de la herencia. Otro gran progreso de la biología molecular ha sido el avance en las investigaciones acerca del metabolismo celular, es decir, de cómo las moléculas procesan la energía necesaria para la vida. 1

Jean Baptiste Lamarck (17441829), biólogo y zoólogo francés especializado en invertebrados que formuló una de las primeras teorías de la evolución. Lamarck murió sin excesivo reconocimiento científico hacia sus ideas, que no fueron reevaluadas con rigor sino hasta la segunda mitad del siglo XIX en que se le reconoció como pensador profundo y avanzado para su época.

Thomas Henry Huxley,


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La biología celular está estrechamente ligada a la biología molecular.. Para comprender las funciones de la célula, unidad estructural básica de la materia viva, los biólogos celulares estudian sus componentes a nivel molecular. En 1838, el botánico alemán Matthias Schleiden propuso que la célula constituía la unidad estructural común de los seres vivos. Un año más tarde, el también alemán Theodor Schwann hizo extensiva esta teoría celular a los animales, sentando las bases que marcarían el desarrollo de la citología y la histología.

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La BIOLOGÍA MOLECULAR se ocupa del estudio de las bases moleculares de la vida; es decir, relaciona las estructuras de las biomoléculas con las funciones específicas que desempeñan en la célula y en el organismo. La presentación del modelo estructural del ácido ácido (ADN) por Francis Harry Compton Crick y James Dewey Watson en 1953, fue el verdadero inicio de la biología molecular.

La biología de los organismos se relaciona con la biología celular, ya que las funciones vitales de los organismos multicelulares están gobernadas por las acciones e interacciones de sus componentes celulares. Su estudio abarca el crecimiento y desarrollo (biología del desarrollo) y su funcionamiento (fisiología). Las investigaciones sobre el cerebro y el sistema nervioso (neurofisiología) y sobre el comportamiento animal (etología) son especialmente importantes. En la década de 1970, la biología de las poblaciones se consolidó como la subdivisión principal de los estudios biológicos. En este campo, el eje central es el estudio de la evolución, en la que destacan las contribuciones de Charles Darwin. La genética, es decir, el estudio de las variaciones genéticas en las poblaciones, y la ecología, o estudio de las poblaciones en sus hábitats naturales, se convirtieron en materias de estudio a partir de la década de 1930. En estrecha relación con estas ciencias se hallan las investigaciones sobre el comportamiento animal que se centran en la contribución de la genética a las

La FISIOLOG A es la ciencia que estudia los procesos físicos y químicos que tienen lugar en los organismos vivos durante la realización de sus funciones vitales.

La NEUROFISIOLOGÍA es el estudio de cómo las células nerviosas o neuronas reciben o transmiten información.


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relaciones sociales entre poblaciones animales (sociobiología y etología). La biología también incluye el estudio de los humanos en el ámbito molecular, celular y de organismos. Si su objetivo es la aplicación de los conocimientos biológicos a la salud, el estudio se denomina biomedicina. Las poblaciones humanas no se consideran dentro de campo de estudio de la biología, sino que son el objetivo de la antropología, y de otras ciencias sociales. Los límites y las subdivisiones de la biología son tan variables hoy en día como lo han sido siempre, y cabe esperar aún más modificaciones.

EL FUTURO DE LA BIOLOGÍA En los momentos actuales es muy difícil predecir el futuro de cualquier ciencia, pues dicho futuro está más que nunca ligado al destino de la humanidad que crea y desarrolla dicha ciencia; pero en el caso de la Biología es aún más difícil la predicción, pues el hombre, al mismo tiempo que el autor de la ciencia, es también por lo menos en parte, objeto de esta ciencia, y esta situación introduce unos factores éticos a la investigación biológica.

La GENÉTICA es el estudio científico de cómo se transmiten los caracteres físicos, bioquímicos y de comportamiento de padres a hijos. Este término fue acuñado en 1906 por el biólogo británico William Bateson.

Se prevén, no obstante, para un futuro más o menos lejano, la consecución de resultados espectaculares en medicina y en la cirugía, como consecuencia de las investigaciones sobre genética y la fisiología, entre los que probablemente serán los más importantes la manipulación en el cerebro por implantación de electrodos o de sustancias en sus distintas regiones y el desarrollo de la ingeniería genética. Otros aspectos de la biología del futuro serán orientados hacia la producción de más y mejores alimentos, mediante el hallazgo de nuevos métodos de fabricación a expensas de materias primas no tradicionales, como la obtención de proteínas a partir de los procesos por medio de fermentaciones microbianas; la reforma ecológica de grandes superficies de la Tierra en beneficio de la productividad como la fertilización de los desiertos o el aprovechamiento racional de los océanos.

La INGENIERÍA GENÉTICA es un método que modifica las características hereditarias de un organismo en un sentido predeterminado mediante la alteración de su material genético. Suele utilizarse para conseguir que determinados microorganismos como bacterias o virus, aumenten la síntesis de compuestos, formen compuestos nuevos, o se adapten a medios diferentes.

Todo esto exige una planificación muy cuidadosa a nivel internacional, un desarrollo muy extenso de dichos planes y una cooperación internacional muy estrecha en beneficio de la humanidad. Si esto no se realiza así, y además con suma urgencia, las poderosas armas biológicas que el hombre tiene en su mano, al igual que las de la Física y la Química, serán utilizadas como hasta ahora sucede con demasiada frecuencia,


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La ECOLOGÍA es la ciencia que estudia la relación entre los organismos y su medio ambiente físico y biológico. El medio ambiente físico incluye la luz y el calor o radiación solar, la humedad, el viento, el oxígeno, el dióxido de carbono y los nutrientes del suelo, el agua y la atmósfera.

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en la degradación de la naturaleza (sobrepesca, utilización abusiva e incontrolada de insecticidas y herbicidas, contaminación del mar, de los ríos, del aire, etc.). La lucha contra esta degradación que se está produciendo muy de prisa en áreas extensísimas de la Tierra y que amenaza con destruir las condiciones de habitabilidad de todo el planeta es, sin duda alguna, la tarea primordial de la Biología del futuro.

FUENTES:   

“Temas de Biología” de varios autores. España. 1990 “Conceptos Fundamentales de Biología” Varios autores. México. 1980. “Biología y Geología” de varios autores. España. 1998

En Internet 

“Teorías esenciales de la Biología”, publicado en http://www.biologia.edu.ar/introduccion/4intro.htm. Página de la Universidad Nacional del Nordeste, Argentina.


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CAPÍTULO 3 MÉTODO CIENTÍFICO La ciencia constituye un intento lógico, objetivo y repetible de comprender las Cuando Cuando se dice que la Biología moderna y principios que operan en el es una ciencia experimental, significa que fuerzas universo. La ciencia (palabra que deriva en ella se utiliza el llamado Método del latín scientia , conocer) no es dogmatica y debe entenderse como un proceso Científico, el cual consiste en la que avanza probando y evaluando. Toda aplicación de una serie de reglas y de investigación científica, incluida la biomodos intelectuales de hacer que han logía se basa en un conjunto de suposimostrado ya suficientemente su gran ciones, que deben ser comprobadas para utilidad para el desarrollo de las ciencias. establecer su veracidad. Para considerar a un conocimiento como científico es necesario, por así decirlo, conocer las reglas del juego, las cuales están compiladas en el llamado método científico. Todo conocimiento tiene su base en la curiosidad. Para todo ser vivo la búsqueda y la exploración continua del entorno elevado y la gran complejidad del sistema nervioso permite interpretar y almacenar los datos captados por los sentidos, y con la palabra el ser humano es capaz de elaborar modelos conceptuales. Para lograr los descubrimientos que al momento ha hecho la ciencia se ha valido del método científico que, en general, sigue los pasos que se describen a continuación:

OBSERVACIÓN

Es el primer eslabón en la adquisición de conocimiento. La suma de las observaciones realizadas en estas condiciones acerca de determinado fenómeno nos permite enunciar ciertas proposiciones o declaraciones de veracidad de algunos hechos concernientes al mencionado fenómeno.

Apoyado en estas proposiciones, el científico elabora entonces una hipótesis, hipótesis es decir, una explicación lógica que pueda satisfacer a las proposiciones sobre los hechos observados. ELABORACIÓN DE HIPÓTESIS HIPÓTESIS

La hipótesis científica es una explicación provisional, una vez establecida al científico le quedan muchas etapas por recorrer, por ello, debe asegurarse que la observación sea correcta y que la hipótesis sea razonable, porque si no todo el trabajo posterior sería inútil.


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La hipótesis ya planteada ha de ser sometida a una comprobación o verificación, verificación es decir, ha de ser objeto de una serie de pruebas para ver si puede mantenerse como verdadera: estas pruebas son los experimentos.

EXPERIMENTACIÓN

El resultado esencial de un experimento es también una observación que nos lleva a enunciar una proposición verdadera. Pero, para llegar a esta observación, el experimentador provoca la realización del fenómeno y lo provoca de tal forma que modifica a su voluntad las condiciones en que aquél se predice. Esta modificación de las condiciones depende de la habilidad y de la imaginación del experimentador, y es de importancia primordial para el experimento, pues no se trata de obtener solamente proposiciones que sean verdaderas, sino también que estén en relación con la hipótesis formulada. En general, los resultados de los experimentos tienden a verificar la hipótesis.

Una hipótesis comienza a ser válida cuando se comprueba que sirve para predecir los resultados de los experimentos. Ahora bien, como las variables que intervienen en los fenómenos biológicos son tan numerosas, es muy difícil que en Biología se pueda afirmar con toda ACEPTACIÓN O seguridad que una hipótesis ha quedado probada. probada En el caso de que se RECHAZO DE HIPÓTESIS haya realizado gran número de experimentos y las proposiciones de ellos obtenidas concuerden siempre con la hipótesis, podrá elevarse ésta al rango de teoría, teoría la cual es ya un sistema completo de proposiciones coherentes entre sí y con la hipótesis misma.

Es importante remarcar que la ciencia o el conocimiento científico se limita necesariamente a aquellas cosas, hechos o procesos que pueden ser captados por nuestros sentidos o bien por medio de instrumentos que en definitiva suponen una amplificación de los sentidos. Para estos hechos o procesos la ciencia busca explicaciones verdaderas por medio de aproximaciones sucesivas. Sin embargo, la ciencia nunca puede valorar los hechos en sí con juicios de valor como: bueno, malo, justo, bello, hermoso, etc. Estas valoraciones corresponden a campos muy distintos de la ciencia, como la ética o el arte. Algunos experimentos prueban que un factor único o variable es la causa de la observación única. Para que tenga validez científica, un experimento debe descartar que otras variables sean la causa de la observación. Por esto, al diseñas un experimento siempre se introducen experimentos control, donde todas las variables permanecen constantes. Luego que una hipótesis ha sido repetidamente comprobada, surge una nueva jerarquía de conocimiento, la teoría, por ejemplo la Teoría Celular, que se verá más adelante. En la terminología científica, la teoría es una hipótesis que ha sido apoyada por tantos casos que pocos científicos dudan


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de su validez. Una ley es el conocimiento de uno de los principios fundamentales de organización del universo, por ejemplo, las Leyes de la Termodinámica, la ley de la Gravedad de Newton. El método científico debe usarse como una guía que puede ser modificada. Los accidentes, las conjeturas afortunadas, controversias entre científicos rivales, y por supuesto, las capacidades intelectuales de algunos científicos contribuyen a hacer "ciencia". Veamos un caso real de "ciencia verdadera": Alexander Fleming fue un microbiólogo que "accidentalmente" descubrió la penicilina en 1928, mientras estudia cultivos de estafilococos áureos -bacterias responsables de la formación del pus- uno de sus cultivos bacterianos se contaminó con un moho llamado Penicillium . Antes de tirar la placa de cultivo, Fleming observó que no crecían bacterias en la zona donde se estaba desarrollando el moho. Fleming ideó la hipótesis que esta sustancia activa (que bautizó como penicilina) mata a las bacterias que crecen cerca del moho. Para probar esta hipótesis, Fleming realizó un experimento cultivando Penicillium puro en medios de cultivo líquido y luego de filtrar el moho, aplicó este líquido a un cultivo bacteriano. De esta manera pudo concluir que una sustancia producida por Penicillium es capaz de matar a las bacterias. A pesar de haber descubierto una sustancia capaz de combatir las infecciones bacterianas, Fleming y sus colaboradores no lograron aislar la penicilina, el primer medicamento antibacteriano. La penicilina en estado puro la produjeron en 1940 Ernst Boris Chain (izquierda) y Howard Walter Florey (derecha). Esta aportación les valió el Premio Nobel de Medicina en 1945, compartido con Alexander Fleming.. Si Fleming hubiera sido un microbiólogo perfecto sus cultivos no se habrían contaminado. Y si hubiera sido menos observador tal vez los habría simplemente desechado (con alguna "frase poco alegre" seguramente). Sin embargo, la combinación de una mente brillante y un accidente convirtieron a una placa de cultivo contaminada a uno de los grandes adelantos médicos de la historia. En algunas ciencias como la taxonomía (con mayor precisión en la taxonomía basada en la morfología) o ciertos tipos de estudios geológicos no requieren de experimentos de laboratorio. En vez de ello luego de formular una hipótesis, se realizan nuevas observaciones y/o recolecciones en diferentes locaciones. FUENTES:  

“Temas de Biología” de varios autores. España. 1990 “Introducción a la Biología”, publicado en http://www.biologia.edu.ar/introduccion/1intro.htm. Página de la Universidad Nacional del Nordeste, Argentina.


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CAPÍTULO 4 SERES VIVOS A pesar de esto, prácticamente cualquier persona es capaz de distinguir un ser vivo de algo que no lo es. Esto quiere decir que los seres vivos tienen unas características distintivas. Por ello, se hace necesario analizar algunas características comunes de los seres vivos.

¿Qué es la vida? Esta pregunta ha entusiasmado durante siglos a los pensadores y filósofos. Los Los científicos también se han interesado en esta pregunta sobre todo cuando se ha planteado la posibilidad de buscar vida en otros lugares del universo. Sin embargo, nadie ha logrado una respuesta convincente.

Una visión ya clásica considera que los seres vivos crecen, se reproducen y responden a estímulos y que la coexistencia de todas estas características en un único organismo implica estar “vivo”. Sin embargo, algunas de estas características no son exclusivas de los seres vivos. Así, por ejemplo, un cristal crece, la nitroglicerina responde a estímulos como el calor o a un golpe. Otra forma más moderna de definir a los seres vivos es en términos genéticos. Un sistema vivo es aquel capaz de reproducirse y evolucionar. Pero también esta definición más moderna tiene fallos, ya que excluiría a aquellos individuos incapaces de reproducirse. La forma más actual de estudiar los seres vivos, en el nivel molecular, considera que la característica diferencial de la vida reside en su enorme e intrincada organización y en la posesión de un programa que permite hacer réplicas de esta organización. Este programa es el programa genético. El alto grado de organización de la materia viva manifiesta, sin embargo, unos patrones bastante fijos de composición, tamaño y forma para cada ser vivo que vienen definidos en su programa genético. El programa genético reside en unas moléculas gigantes que contienen la información codificada.

UNIDAD DEL MUNDO VIVO Para cualquier persona, aunque no haya tenido un contacto profundo con la biología, la diversidad de los seres vivos es algo impresionante, además es algo obvio que ha podido observar. Un paseo por un zoológico o por un jardín botánico nos lo demuestra, a pesar de que sólo se exponen una parte que se puede considerar mínima de los seres vivos. Los libros de divulgación, en general, también tratan de resaltar este aspecto vistoso y diverso del mundo vivo. Sin embargo, no es tan fácil de apreciar una unidad de fondo que subyace a toda esta diversidad de formas vivas. Unidad frente a diversidad constituye una paradoja en la biología. Una afirmación es tan importante de tener en cuenta para un biólogo como la otra. Los seres vivos tienen una unidad de composición, de estructura y de funcionamiento, y además, están unidos en su historia, es decir, en el tiempo.


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Todos los seres vivos poseen estructura, desarrollan funciones metabólicas, se ajustan a mecanismos de regulación y control, se reproducen y desarrollan, heredan de sus ancestros, y finalmente se adaptan a su medio ambiente participante en el proceso de evolución. ESTRUCTURA La estructura es la característica común de todos los seres vivos, del más pequeño al más grande. En realidad la estructura de un organismo es inseparable de su función, ya que cada una influye y modifica a la otra. Dos afirmaciones esenciales al respecto son: •

Todos los seres vivos que existen en la actualidad están constituidos por los mismos tipos de moléculas.. Esta igualdad en la composición molecular conlleva una igualdad en los procesos bioquímicos, y por tanto, a una igualdad en los procesos básicos de la vida. Esto quiere decir, que las mismas moléculas llevan a cabo las mismas funciones químicas en los organismos completamente diferentes. Sin embargo, es importante señala que cada organismos tiene un conjunto distintivo de ácidos nucleicos y proteínas. Pero esto no rompe la regla, ya que estas moléculas tienen un tamaño muy grande, son macromoléculas, están constituidas por la unión de moléculas más sencillas, éstas si son idénticas para todos los seres vivos, de forma que sus diferentes combinaciones es lo que da lugar a la impresionante variedad de ácidos nucleicos y proteínas que existen, del mismo modo que con ladrillos idénticos se pueden llegar a construir multitud de edificios diferentes. Toda la materia, viva o no, está compuesta por elementos químicos. Pero, de los más de cien elementos químicos que se conocen, sólo unos cuantos forman la materia viva. A éstos se les denomina Bioelementos.. En realidad, sólo es necesario recordar el nombre de seis elementos y las abreviaturas o símbolos que para ellos utilizan los químicos: Hidrógeno Oxígeno Carbono Nitrógeno Fósforo Azufre

H O C N P S

Estos seis elementos constituyen el 99% del peso de los organismos vivos. Estos elementos pueden hacer infinidad de enlaces para formar las distintas moléculas de los seres vivos. La molécula más abundante en los seres vivos es el agua (H2O), pudiendo representar hasta el 70% del peso de un ser vivo. En esto los seres vivos no son nada originales, el agua también supone las dos terceras partes de la superficie terrestre. La vida en nuestro planeta se originó en los océanos, y este medio acuático sigue siendo el ambiente en que se desarrollan todas las reacciones químicas de los seres vivos. El agua y las sales disueltas en ella constituyen los componentes inorgánicos de la materia viva. El resto lo constituye fundamentalmente las moléculas orgánicas, que son moléculas basadas en el carbono. Estas moléculas son las que verdaderamente caracterizan a los seres vivos. La gran mayoría son exclusivas de los seres vivos, y de sus estructuras, combinaciones y reacciones depende el mantenimiento de la vida.


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Todos los seres vivos están constituidos por células. Hay seres vivos que son una única célula y otros formados por millones de células. La célula es la unidad básica de estructura de los seres vivos. La célula es también la unidad básica de funcionamiento de los seres vivos. En el interior de la célula se realizan las secuencias de reacciones químicas necesarias para la vida.

METABOLISMO La unidad de funcionamiento, es decir el metabolismo, está basada en la uniformidad de los procesos químicos implicados en la transformación de la energía y en la naturaleza universal del material genético. El programa genético puede dar algo tan diferente como una bacteria o un hombre; sin embargo, el modo en que está almacenada la información genética y la forma en que se expresa es semejante en los dos casos, del mismo modo que cosas tan diferentes como una sinfonía de Beethoven o una ecuación matemática pueden ser programadas en un disco computador. Los organismos vivos adquieren y utilizan la energía que necesitan a través de cambios químicos complejos, que se realizan fundamentalmente dentro de las células; estos procesos constituyen el metabolismo, que es la segunda característica significativa de los seres vivos. Las reacciones químicas que el metabolismo implica, aunque muy variadas, muestran similitud en un gran número de organismos. Cada actividad biológica requiere de consumo de energía. Cada forma de vida, consume continuamente grandes cantidades de energía exclusivamente para mantener y reparar su estructura biológica. El proceso químico que captura esta energía comúnmente se realiza en las células, siendo la mayoría de las veces el mismo. REGULACIÓN Así como los ingenieros han diseñado sistemas de control automático muy complejos para la producción de maquinaria en gran escala, los organismos han desarrollado mecanismos de regulación; esta actividad que se manifiesta a través de muchos sistemas de autocontrol, es esencial para que todos los procesos biológicos funcionen armónicamente.


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Los mecanismos de control no sólo deben funcionar dentro de las células, sino también sobre las células que forman un organismo, así como en la integración de un organismo a su medio ambiente, que continuamente está cambiando. Las estructuras organizadas y complejas no se mantienen fácilmente, existe una tendencia natural a la pérdida del orden denominada entropía. Para mantenerse vivos y funcionar correctamente los organismos vivos deben mantener la constancia del medio interno de su cuerpo, proceso denominado homeostasis (del griego "permanecer sin cambio"). Entre las condiciones que se deben regular se encuentra: la temperatura corporal, el pH , el contenido de agua, la concentración de electrolitos etc. Gran parte de la energía de un ser vivo se destina a mantener el medio interno dentro de límites homeostáticos. REPRODUCCIÓN Y DESARROLLO Todo ser vivo se reproduce y crece. En todo organismo la primera etapa de la reproducción se realiza a nivel celular y corresponde a la división celular. Esto puede dar origen a: 





un nuevo organismo –como sucede en plantas y animales unicelulares; a la formación de células sexuales especializadas que a su vez originarán nuevos organismos –como ocurre en el ovario femenino-; bien producirán el aumento del tamaño del individuo –como sucede en un pino al crecer-.

La división celular es un proceso complejo que no tiene similitud en un mundo inanimado. El crecimiento es único: es el resultado de la división celular y de las actividades químicas intracelulares. Las substancias inorgánicas, como los cristales, pueden aumentar de tamaño, pero su crecimiento es el resultado de la adición de nuevos átomos provenientes del exterior y no producto de reacciones internas. El estudio de la biología del desarrollo, llamada embriología, es una de las áreas más fascinantes de la investigación biológica. Utilizando técnicas modernas es posible hacer crecer embriones de plantas y animales fuera de su hábitat normal, así como aplicar métodos bioquímicos a problemas de desarrollo. HERENCIA Cualquier mención de la reproducción biológica, necesariamente lleva al tema de la herencia. Casi todo el conocimiento que tenemos de la herencia se adquirió durante el siglo XX, por ello la genética es una de las ramas más modernas de la biología. Se conocen bien los mecanismos de transferencia de padres a hijos, pero el centro de mayor interés en estos tiempos es la molécula gigante de ácido desoxirribonucleico, ADN, de la cual se han hecho interesantes descubrimientos, siendo el más reciente la decodificación del genoma humano.


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INTERACCIÓN Los seres vivos son capaces de detectar y responder a los estímulos que son los cambios físicos y químicos del medio ambiente, ya sea interno como externo. Entre los estímulos generales se cuentan: 

  

Luz: intensidad, cambio de color, dirección o duración de los ciclos luz-oscuridad Presión Temperatura Composición química del suelo, agua o aire circundante.

En organismos sencillos o unicelulares, todo el individuo responde al estímulo, en tanto que en los organismos complejos multicelulares existen células que se encargan de detectar determinados estímulos. ADAPTACIÓN Y EVOLUCIÓN Cualquier persona que viaje de norte a sur, inmediatamente se dará cuenta del cambio notable de plantas y animales a lo largo del camino. En ambos sitios plantas y animales están ajustados a su medio ambiente. A medida que la adaptación continúa por un largo período, se convierte en parte de un proceso gradual de evolución. Se ha demostrado que la mayoría de los organismos están unidos en su historia, es decir, en el tiempo. Esta unidad está basada en la evolución. La evolución de los seres vivos es el concepto general más unificador de la biología, aunque también uno de los más controversiales. Por un lado busca explicar todas las características comunes de los seres vivos, indicando que proceden de unos pocos antecesores comunes por evolución. Pero, además, la evolución también explica la diversidad de los seres vivos, ya que a lo largo del proceso evolutivo se producen nuevas variedades. En el ser humano hay mucho que discutir aún al respecto. Y es que en ocasiones los datos científicos aportados por las ciencias encargadas de estudiar la evolución humana son utilizados con fines ideológicos para descalificar el discurso religioso y metafísico. Sin embargo, son muchas las voces de científicos que consideran que no existe incompatibilidad entre la visión científica de la evolución humana, la religión y la antropología filosófica. Así, Giovanni Carrada en su libro “La evolución del ser humano” escribió: "La revelación bíblica nos aclara el porqué de la aparición del hombre y de paso nos sitúa ante nuestra dignidad de criaturas de Dios. Las dos explicaciones [la científica y la religiosa] son compatibles; es más, ninguna de las dos por separado es suficiente para llenar el deseo del hombre de conocer sus orígenes y el sentido de su vida"


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Antonio Fernández-Rañada en su libro “Los científicos y Dios” se pregunta: "¿Por qué no puede ser la evolución el medio elegido por Dios para crear el mundo en un proceso continuado?". Y añade: "La doctrina cristiana no implica la creación separada de las especies, sino que su idea central, la verdaderamente importante, es que todo debe su existencia a un Dios trascendente al orden natural, y esto no se ve afectado por la teoría de Darwin. Al fin y al cabo, ¿por qué no puede ser la evolución la forma elegida por Dios para crear el mundo?". Incluso un físico como James S. Trefil sostiene en su libro “En el momento de la creación: Del Big Bang hasta el universo actual” que "el hecho de que los seres humanos hayan evolucionado a partir de formas de vida inferiores no daña los principios fundamentales de las creencias religiosas de nadie. Si tomamos el cristianismo como ejemplo, la evolución es simplemente irrelevante para la doctrina de la salvación a través de la fe o para cualquier otra enseñanza importante". Grandes paleoantropólogos reconocen que la supuesta oposición evolución-creación refleja un falso dilema. De forma explícita lo manifiesta Yves Coppens en el prólogo que redactó a la obra de Fiorenzo Facchini El origen del hombre; en él afirma que "el autor denuncia con toda razón la falsa oposición evolución-creación". En efecto, después de haber expuesto el estado del conocimiento científico en la fecha de redacción de la citada obra, Facchini declara (en la última página) que "la trascendencia del hombre respecto a los otros animales (...) no es inconciliable con la teoría evolutiva (...) La verdadera alternativa no es evolución o creación, sino visión de un mundo en evolución, dependiente de un Dios creador que lo ha diseñado, y una visión de un mundo autosuficiente, capaz de crearse y transformarse a sí mismo mediante procesos puramente casuales". FUENTES: 

   

Marmelada, Carlos A. “Los últimos hallazgos no logran aclarar la ascendencia del hombre”. Boletín de Aceprensa, 27 de febrero de 2002. España. “Temas de Biología” de varios autores. España. 1990 “Conceptos Fundamentales de Biología” Varios autores. México. 1980. “Biología y Geología” de varios autores. España. 1998 “Seres vivos” publicado en http://www.biologia.edu.ar/introduccion/3intro.htm. Página de la Universidad Nacional del Nordeste, Argentina.


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CAPÍTULO 5 ELEMENTOS DE LA VIDA Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hhallan allan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos. Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos.

La BIOQU MICA estudia la base molecular de la vida. En los procesos vitales interaccionan un gran número de substancias de alto peso molecular o macromoléculas con compuestos de menor tamaño, dando por resultado un número muy grande de reacciones coordinadas que producen la energía que necesita la célula para vivir, la síntesis de todos los componentes de los organismos vivos y la reproducción celular.

Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:

BIOELEMENTOS PRIMARIOS O PRINCIPALES Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total. Ellos son el Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno. Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:

Carbono Hidrógeno

1. Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones 2. El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de Oxígeno electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico Nitrógeno 3. Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables. 4. A causa de la configuración tetraédrica (en la figura) de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes. Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica. 5. Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc., permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas. Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos.


C H O N

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(2,3) 6. Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C=C) o triples. lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y anillos.

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%. Ellos son: Azufre

Fósforo

2 3

S

Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina), presentes en todas las proteínas.

P

Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucleicos, moléculas de las que se tratará en capítulo posterior. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares. También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.

Hidrófilo, materia que tiene la propiedad de absorber el agua. Hidrófobo, que repele o no absorbe el agua.


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Magnesio

Calcio Sodio Potasio Cloro

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Mg

Forma parte de la molécula de clorofila 4, y en forma iónica actúa como catalizador5, junto con las enzimas6, en muchas reacciones químicas del organismo.

Ca

Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica7 interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.

Na K K Cl

Catión8 abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular. Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular Anión9 más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluido intersticial.

OLIGOELEMENTOS Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo armónico del organismo. Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, iodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Las funciones que desempeñan, quedan reflejadas en el siguiente cuadro:

Hierro Manganeso Yodo Flúor

Fe

Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno.

Mn I F

Interviene en la fotolisis10 del agua, durante el proceso de fotosíntesis en las plantas. Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo. Forma parte del esmalte dentario y de los huesos.

4

Clorofila, grupo de pigmentos verdes liposolubles presentes en los cloroplastos de los vegetales que, durante la fotosíntesis, transforman la energía luminosa en química. 5 Catalizador, cuerpo capaz de producir la catálisis, que es un fenómeno por el cual una cantidad relativamente pequeña de una sustancia acelera o disminuye la velocidad de una reacción, permaneciendo inalterable, en forma y cantidad, durante la misma o recuperándose cuando ha finalizado el proceso. 6 Enzima, molécula proteínica que producen las células vivas y que actúa como biocatalizador en los procesos de metabolismo. 7 Ión, átomo grupo de átomos que, por pérdida o ganancia de uno o más electrones, ha adquirido una carga eléctrica. Los iones con carga positiva se llaman cationes y los de carga negativa, aniones. 8 Catión, Ión con carga eléctrica positiva que en la electrólisis (reacciones por corriente eléctrica) es atraído por el cátodo. 9 Anión, Ión negativo, es decir, átomo o molécula que ha ganado uno o más electrones. 10 Fotólisis, descomposición química de una sustancia por acción de la luz.


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Cobalto

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Co Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina. resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como Si Proporciona en las gramíneas . Cr Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre. Zn Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo. sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis Li Actúa adecuada puede prevenir estados de depresiones. parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los Mo Forma nitratos por parte de las plantas. 11

Silicio

12

Cromo Zinc

13

Litio Molibdeno

FUENTES: 

  

Luengo, Lourdes. Curso interactivo de Biología http://www.arrakis.es/~lluengo/biologia.html. España “Temas de Biología” de varios autores. España. 1990 Diccionario Enciclopédico “Nuevo Espasa Ilustrado 2000”. España. 1999. “Bioquímica”, publicado en http://superfund.pharmacy.arizona.edu/toxamb/c1.html, página de The University of Arizona, Center of Toxicology, Estados Unidos.

Más información en: 

11

12

13

“La Química Orgánica Transparente”. Curso interactivo de la Universidad Autónoma de Madrid, España. Publicado en la página http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l00/lecc.html

Hemoglobina, proteína presente en los eritrocitos (glóbulos rojos) de la sangre, que transporta el oxígeno hasta las células. Gramíneas, familia de plantas angiospermas dicotiledóneas que incluye los cereales (maíz, avena, cebada, trigo), la caña de azúcar y el bambú. Neurotransmisor, sustancia que sintetizan las neuronas del sistema nervioso, cuya función es transmitir la información nerviosa en las sinapsis (impulso nervioso).


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CAPÍTULO 6 MOLÉCULAS DE LA VIDA Dentro de los millones de moléculas que conforman la materia viva, las que se describen a continuación son las que se encuentran en mayores cantidades.

AGUA

La unión de elementos químicos cuya valencia eléctrica es compatible, forma moléculas. Por consiguiente, de la unión de bioelementos surgen biomoléculas, biomoléculas, las cuales están presentes en todos los seres vivos y, como se verá constituyen una parte importante de su estructura y funcionamiento.

El agua es una sustancia formada por la combinación de un volumen de oxígeno y dos de hidrógeno (H2O); líquida a temperatura ordinaria, inodora, insípida, en pequeña cantidad incolora, y verdosa en grandes masas. El agua, una molécula simple y extraña, puede ser considerada como el líquido de la vida. Es la sustancia más abundante en la biosfera, dónde la encontramos en sus tres estados y es además el componente mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua. Molécula con un extraño comportamiento que la convierten en una sustancia diferente a la mayoría de los líquidos, posee una manifiesta reaccionabilidad y posee unas extraordinarias propiedades físicas y químicas que van a ser responsables de su importancia biológica. CATEGORÍA

CANTIDAD m3

%

en la atmósfera, como vapor 0,013 x 10 15

0,001%

sobre la tierra

33,6 x 10 15

2,429%

en mares y océanos

1350 x 10 15

97,570%

Total en el planeta:

1383,73 x 10 15 100,00%

El agua está sobre la tierra:

CANTIDAD m3

como glaciares

25 x 10 15

74,40%

como depósitos subterráneos

8,4 x 10 15

25 %

como lagos y ríos

0,2 x 10 15

0,6%

como protoplasma

0,0006 x 10 15

0,0001%


%

A lo largo de la historia biológica, los organismos se han adaptado al ambiente acuoso y han desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las inusitadas propiedades del agua. ¿Dónde está el agua en la Tierra? Es interesante conocer las fuentes posibles de agua en el planeta que se incluyen en las tablas. Resalta así la escasez relativa de aguas dulces (las que están sobre la tierra), y dentro de las mismas, la poca entidad que tienen lagos y ríos. La mayor parte del agua dulce mundial está congelada en la Antártida. Existe otro gran depósito en el Ártico, en los glaciares de Groenlandia.

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PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGUA 1. Acción disolvente El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica (alcoholes, azúcares con grupos R -OH , aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas + y - , lo que da lugar a disoluciones moleculares. También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas. La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones: Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo Sistemas de transporte  

2. Elevada fuerza de cohesión Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos. 3. Elevada fuerza de adhesión Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua, se equilibra con la presión capilar. A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos.

4. Gran calor específico También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que


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utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante. 5. Elevado calor de vaporización Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa . Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20: C. FUNCIONES FUNCIONES DEL AGUA Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas Amortiguador térmico. Transporte de sustancias. Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos. Favorece la circulación y turgencia. Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos. Puede intervenir como reactivo en el metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.

AMINOÁCIDOS Los aminoácidos son sustancias orgánicas hidrosolubles en cuya composición molecular entran un grupo amínico (-NH2) y otro carboxílico (-COOH). Su enorme importancia biológica deriva del hecho de polimerizarse para formar péptidos 14 y proteínas. En la naturaleza se han encontrado más de 80 aminoácidos diferentes, pero de ellos solamente unos 24 son los componentes básicos de las proteínas. Algunos, a pesar de ser imprescindibles para el organismo animal, no pueden ser sintetizados por él y deben ingerirse con los alimentos. Estos son conocidos con el nombre de aminoácidos esenciales. Algunos de los principales aminoácidos son: 







14 15

Leucina e Isoleucina: Aminoácidos imprescindible en la dieta del ser humano, pues están presentes en la mayoría de proteínas. Fenilalanina: aminoácido esencial aromático, presente en la mayor parte de las proteínas animales o vegetales. Tirosina, aminoácido que se encuentra presente en muchas proteínas y es el precursor de las hormonas adrenalina, noradrenalina, tiroxina y triyodotironina, así como de la melanina. Histidina, aminoácido presente en la hemoglobina, que aparece por hidrólisis 15 de la mayoría de las proteínas.

Péptido, compuesto formado por la unión de dos o más aminoácidos. Hidrólisis, desdoblamiento de un compuesto químico por acción del agua.


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La estructura química de los principales aminoácidos se incluye en la gráfica:

PROTEÍNAS Son las moléculas orgánicas más abundantes en las células, constituyen aproximadamente el 50% de su peso seco. Se encuentran en todas las partes de la célula y son fundamentales para la estructura y función celular. Prácticamente todas las funciones de los seres vivos dependen de las moléculas de proteínas. Existen millones de proteínas diferentes, cada una de ellas especializada en una función, y cada una de ellas específica para un organismo. Las proteínas son biomóleculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Pueden además contener azufre y en algunos tipos de proteínas, fósforo, hierro, magnesio y cobre entre otros elementos. Pueden considerarse polímeros16 de unas pequeñas moléculas, los aminoácidos y serían por tanto los monómeros unidad. Los aminoácidos están unidos mediante enlaces peptídicos, que es un enlace covalente que se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, dando lugar al desprendimiento de una molécula de agua, como se observa en la figura.

16

Polímero, sustancia de mayor masa molecular entre dos de la misma composición química, resultante de un proceso de polimerización. En este proceso, que se da mediante calor, luz o un catalizador, se unen varias moléculas de un compuesto, generalmente no saturado, llamado monómero, para formar una cadena de múltiples eslabones, molécula de elevado peso molecular y de propiedades distintas.


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ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales denominados: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria. Cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio. ESTRUCTURA PRIMARIA La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que se encuentran. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte. ESTRUCTURA SECUNDARIA La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas 17 y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria. Existen dos tipos de estructura secundaria: 1. la a(alfa)-hélice, Esta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente sobre sí misma la estructura primaria. Se debe a la formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O de un aminoácido y el -NH- del cuarto aminoácido que le sigue.

2. la conformación beta, En esta disposición los aminoácidos no forman una hélice sino una cadena en forma de zigzag, denominada disposición en lámina plegada. Presentan esta estructura secundaria la queratina de la seda o fibroína.

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En general, se entenderá como síntesis la formación de una sustancia compuesta mediante la combinación de elementos químicos o de sustancias más sencillas.


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ESTRUCTURA TERCIARIA La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular. En definitiva, es la estructura primaria la que determina cuál será la secundaria y por tanto la terciaria. Esta conformación globular facilita la solubilidad en agua y así realizar funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etc.

ESTRUCTURA CUATERNARIA Esta estructura informa de la unión, mediante enlaces débiles de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria, para formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero. El número de protómeros varía desde dos como en la hexoquinasa, cuatro como en la hemoglobina18, o muchos como la cápsida del virus de la poliomielitis, que consta de 60 unidades proteicas. PROPIEDADES PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS 1. Especificidad. La especificidad se refiere a su función; cada una lleva a cabo una determinada función y lo realiza porque posee una determinada estructura primaria y una conformación espacial propia; por lo que un cambio en la estructura de la proteína puede significar una pérdida de la función. Además, no todas las proteínas son iguales en todos los organismos, cada individuo posee proteínas específicas suyas que se ponen de manifiesto en los procesos de rechazo de órganos transplantados. La semejanza entre proteínas es un grado de parentesco entre individuos, por lo que sirve para la construcción de árboles filogenéticos. 2. Desnaturalización. Consiste en la pérdida de la estructura terciaria, por romperse los puentes que forman dicha estructura. Todas las proteínas desnaturalizadas tienen la misma conformación, muy abierta y con una interacción máxima con el disolvente, por lo que una proteína soluble en agua cuando se desnaturaliza se hace insoluble en agua y precipita. La desnaturalización se puede producir por cambios de temperatura, (huevo cocido o frito), variaciones del pH. En algunos casos, si las condiciones se restablecen, una proteína desnaturalizada puede volver a su anterior plegamiento o conformación, proceso que se denomina renaturalización.

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Hemoglobina, proteína conjugada presente en la sangre, que transporta el oxígeno a las células.


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FUNCIONES Y EJEMPLOS DE PROTEÍNAS  

Estructural

  

Enzimática

Son las más numerosas y especializadas. Actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas. 

Hormonal

 

Defensiva Transporte

Insulina y glucagón, regulan el nivel de azúcar en la sangre. Hormona del crecimiento Calcitonina, regula el nivel de calcio.

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Inmunoglobulina, presente en la sangre como anticuerpo. Trombina y fibrinógeno, inducen a la coagulación de la sangre.

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Hemoglobina, transporta oxígeno a las células.

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Reserva

Como las glucoproteínas que forman parte de las membranas. Las histonas que forman parte de los cromosomas El colágeno, del tejido conjuntivo fibroso y los cartílagos. La elastina, del tejido conjuntivo elástico. La queratina, que constituye las células superficiales de la epidermis.

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Ovoalbúmina, de la clara de huevo Gliadina, del grano de trigo Lactoalbúmina, de la leche

Una de las funciones más impresionantes de las proteínas, y que puede resultar más desconocida, es su papel como aceleradores de las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos. Las proteínas que están dedicadas a esta función se conocen con el nombre de enzimas y se describen en el siguiente apartado.

ENZIMAS Una reacción química en la que una sustancia A se transforma en otra B, transcurre a través de un estado de transición que tiene mayor energía. Esta energía, llamada energía de activación, se puede conseguir elevando la temperatura, pero esto no es factible en los seres vivos, ya que éstos no soportan temperaturas elevadas. La presencia de una enzima disminuye la cantidad de energía necesaria para que ocurra la reacción. Una molécula que tiene este efecto sobre una reacción se denomina en el lenguaje de la química un catalizador. Las enzimas se pueden definir, por tanto, como catalizadores biológicos. Como consecuencia de la intervención de una enzima se acelera la velocidad de la reacción. La mayoría de las reacciones procederían a velocidades imperceptibles en ausencia de enzimas a las temperaturas normales de vida de los organismos. Existen miles de enzimas diferentes en un organismo. Cada una tiene una estructura y también una función única. Las enzimas son muy específicas con respecto a la molécula sustrato y al tipo de reacción en la que van a interferir. Prácticamente existe una enzima específica para cada una de las reacciones que tienen lugar en un ser vivo. ¿Cómo actúan las enzimas en una reacción?


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Una primera característica es que las enzimas intervienen en la reacción sin ser modificadas en ésta. Es decir, después de participar en la reacción la molécula de enzima es liberada intacta, y puede ser utilizada de nuevo. Una segunda característica es que la molécula de enzima interacciona directamente con la molécula de sustrato, es decir, con la molécula que va a ser transformada en la reacción. Esta reacción es consecuencia de una precisa complementariedad en la forma de las moléculas. A este tipo de interacción se le ha llamado el modelo de llave y cerradura, ya que un buen simil es la complementariedad de formas entre una llave y una cerradura.

La reacción tiene lugar mientras el sustrato (S) está unido a la enzima (E); después este complejo (ES) se separa liberándose el producto (P) y la enzima (E) intacta. En tal sentido, una reacción enzimática se puede esquematizar de la siguiente forma:

La región de la enzima en la cual tiene lugar la interacción con el sustrato se llama centro activo. El requerimiento de que la enzima, especialmente su centro activo, y el sustrato “encajen” perfectamente explica la naturaleza específica de las enzimas, ya que una enzima sólo podrá actuar sobre una sustancia cuya estructura sea complementaria de la suya. ¿Qué es lo que hace que una enzima sea específica para un sustrato y una reacción? Precisamente la estructura tridimensional o conformación espacial de la molécula de enzima. Esta estructura está determinada, fundamentalmente, por la secuencia de aminoácidos de la enzima y las interacciones que tienen lugar entre ellos. Existen muchos factores que modifican la estructura espacial o la conformación de las proteínas, como la temperatura, el pH19, y muchos agentes químicos. Cuando una proteína pierde su conformación característica se dice que está desnaturalizada. Esto es especialmente grave en el caso de las enzimas, ya que ligeras modificaciones de su conformación implican una pérdida de actividad. 19

PH, escala numérica que mide el grado de acidez o alcalinidad de una solución. Si el pH es menor de 7, la solución es de reacción ácida; si es 7, neutra, y si es mayor de 7, alcalina. Cuantitativamente es el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno.


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Muchas de las sustancias que se conocen vulgarmente como venenos actúan como inhibidores de la actividad de enzimas. El efecto mortal del cianuro, de las sales de plomo, del mercurio, etc., es debido a que interaccionan con enzimas bloqueando su actividad. Algunas enzimas necesitan para poder funcionar la presencia de otras sustancias químicas que pueden ser sales o bien pequeñas moléculas orgánicas. Estas sustancias necesarias para la actividad de la enzima se denominan cofactores y coenzimas. Muchas de las sustancias que conocemos con el nombre genérico de vitaminas tienen esta función. Por ejemplo, muchas vitaminas del grupo B (la B1, B2, B6, B12) actúan como coenzimas de determinadas enzimas.

GLÚCIDOS Con el nombre de glúcidos, azúcares o hidratos de carbono se conoce a todo un grupo de compuestos orgánicos cuya estructura química es bastante homogénea. Los glúcidos son biomoléculas formadas básicamente por carbono (C),hidrógeno (H) y oxígeno (O). Los átomos de carbono están unidos a grupos alcohólicos (-OH), llamados también radicales hidroxilo y a radicales hidrógeno (-H). En todos los glúcidos siempre hay un grupo carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace (C=O). El grupo carbonilo puede ser un grupo aldehído(-CHO), o un grupo cetónico (-CO-). Así pues, los glúcidos pueden definirse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.

El primer glúcido es el más pequeño que existe, tiene 3 átomos de carbono solamente, es además una aldosa porque posee un grupo aldehído (-CHO ); el segundo ejemplo correspondería a una cetosa, por tener un grupo cetona (C=O).

MONOSACÁRIDOS Los glúcidos son muy heterogéneos en cuanto a su tamaño, ya que este grupo incluye compuestos que tienen desde tres a cientos de átomos de carbono. Los más sencillos son los llamados azúcares simples o monosacáridos. El más común de todos es la glucosa, de seis átomos de carbono, que se encuentra en todos los tipos de células vivas. La glucosa es la molécula que se sintetiza en la fotosíntesis de las plantas, y es la molécula de cuya degradación química obtienen energía todos los seres vivos. Se nombran añadiendo la terminación -osa al número de carbonos.

En la imagen están representados una triosa, una tetrosa, una pentosa y una hexosa.


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Las triosas, son abundantes en el interior de la célula, ya que son metabolitos20 intermediarios de la degradación de la glucosa. Las pentosas, son glúcidos de 5 carbonos y entre ellos se encuentran: Ribosa y Desoxirribosa, que forman parte de los ácidos nucléicos ya descritos y la ribulosa que desempeña un importante papel en la fotosíntesis, debido a que a ella se fija el CO 2 atmosférico y de esta manera se incorpora el carbono al ciclo de la materia viva. Las hexosas, son glúcidos con 6 átomos de carbono. Entre ellas tienen interés en biología, la glucosa y galactosa entre las aldohexosas y la fructosa entre las cetohexosas. Existen dos formas de representar la estructura química de un glúcido, la forma lineal y cíclica. En el esquema, se observa ambas opciones de la glucosa.

DISACÁRIDOS Y POLISACÁRIDOS Los monosacáridos pueden combinarse entre sí, dos, tres o más veces, para dar disacáridos, trisacáridos, y en general polisacáridos que son largas cadenas que pueden llegar a contener varios cientos o incluso miles de monosacáridos. Algunos disacáridos muy abundantes son la sacarosa (en la figura), que es el azúcar común, obtenido de la caña de azúcar, y que está formado por glucosa y fructosa.

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Metabolito, producto intermedio originado en los procesos metabólicos de los seres vivos o tomado directamente del ambiente, que es transformado e incorporado a reacciones metabólicas, sin que se acumule en la célula como material de reserva o de desecho.


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También es un buen ejemplo la lactosa (en la imagen), que es el azúcar de la leche, y que está formado por galactosa y glucosa, como se observa.

Los polisacáridos son polímeros en los que las unidades de repetición o monómeros son los monosacáridos. Podemos citar tres ejemplos de polisacáridos que son muy abundantes en la naturaleza: almidón (a la derecha), glucógeno y celulosa. Los tres están constituidos por unidades de glucosa que se repiten, pero se diferencian en el modo en que están unidas estas moléculas y por tanto en la estructura de las cadenas que forman. El almidón es un polisacárido de los vegetales. Es muy insoluble en agua, por lo tanto puede almacenarse dentro de la célula. El almidón es una reserva de glucosa que, mediante una reacción química, puede liberarse y ser transportada a aquellas partes de la planta donde se requiera energía.

El glucógeno es un polisacárido que sólo se encuentra en las células animales. En realidad es muy parecido al almidón, pero sus moléculas están mucho más ramificadas, y su función es también la misma, constituye un almacén de reserva de glucosa. La celulosa, que solo aparece en las células vegetales, consiste en largas cadenas no ramificadas de glucosa, con uniones diferentes a las del almidón y glucógeno. Estas diferencias son suficientes para que los animales no puedan romper los enlaces de la celulosa y por tanto no puedan digerirla, no tiene por tanto valor alimenticio. Sólo algunos animales, como por ejemplo las vacas y las termitas, pueden utilizarla gracias a la ayuda de ciertos microorganismos de su tubo digestivo que la degradan. La celulosa, además, es un componente estructural que refuerza las paredes de las células vegetales. Las fibras de algodón son pura celulosa, y la madera contiene más de un 50% de este glúcido.


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LÍPIDOS Con el nombre de lípidos se engloba a un grupo de moléculas bastante heterogéneo. En los lípidos es difícil encontrar unos grupos químicos que los caractericen. La propiedad más general es la naturaleza hidrofóbica de sus moléculas. Es decir, son poco solubles en agua, y sin embargo solubles en disolventes no polares, como acetona, éter, cloroformo, benceno, etc. Esta característica de los lípidos es importante para entender su papel en las células. Los lípidos tienden a formar regiones de exclusión del agua y pueden formar barreras que separan la célula del exterior y también compartimientos dentro de ella. Los lípidos son componentes esenciales de las membranas. Además de esta función estructural, los lípidos son moléculas utilizadas como fuente de energía y pueden ser almacenados en las células con este propósito. Algunas moléculas de lípidos tienen una función muy específica actuando como vitaminas y hormonas. Se ha clasificado a los lípidos de diversas maneras, uno de los criterios más útiles se basa en su estructura. LÍPIDOS COMPLEJOS Se caracterizan porque tienen ácidos grasos como componentes y otra molécula que difiere de unos a otros. Los ácidos grasos están constituidos por una cadena hidrocarbonada (hidrógeno y carbono) y un grupo carboxilo terminal. Este grupo tiene carácter ácido ya que puede ceder un átomo de hidrógeno y quedar cargado negativamente dando un extremo polar, y por tanto hacer soluble en agua a la molécula. La cadena hidrocargonada puede tener distinta longitud, teniendo ácidos grasos más abundantes en la naturaleza cadenas de 14 a 24 átomos de carbono. Las cadenas hidrocarbonadas pueden tener también dobles enlaces entre los carbonos, en este caso se conoce como ácidos grasos no saturados (un carbono no satura sus cuatro enlaces o valencias con hidrógenos). Los ácidos grasos insaturados son más abundantes en los vegetales, y funden a temperaturas más bajas que los saturados. De ahí, que los aceites vegetales (oliva, girasol) sean líquidos a temperatura ambiente, mientras que las grasas animales (manteca) no lo son. Aunque los ácidos grasos son muy abundantes en los organismos vivos, raramente se encuentran en estado libre, generalmente están formando parte de los lípidos complejos. Podemos distinguir cuatro tipos de lípidos complejos según la molécula que interacciones con el ácido graso. Los más abundantes son los acilgicéridos. Acilglicéridos Fosfoglicéridos Esfingoglicéridos Ceras 21

ácido graso + glicerina21 ácido graso + fosfoglicerina ácido graso + esfingosina ácido graso + un alcohol

Glicerina, alcohol trivalente que constituye el componente principal de grasas y aceites naturales. Miscible en agua y alcohol, poco soluble en éter e insoluble en benceno, cloroformo y tetracloruro de carbono.


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ACILGLICÉRIDOS Se conocen también con el nombre común de grasas. Pueden tener 1, 2 ó 3 moléculas de ácidos grasos unidos a la glicerina, por medio de uniones denominadas de tipo éster. Los últimos, llamados triglicéridos son los más abundantes. Las grasas se acumulan en las células adiposas de los animales. En éstos, las grasas suelen llevar una elevada proporción de ácidos grasos saturados, y por lo tanto son sólidos a temperatura ambiente, ya que forman estructuras muy compactas y casi cristalinas. Las grasas de origen vegetal, sin embargo, tienen una gran proporción de ácidos grasos insaturados, éstos rompen la simetría y el ordenamiento de las moléculas, provocando una gran fluidez en las mezclas. La presencia de grasas de origen vegetal en la dieta humana es necesaria ya que muchos de los ácidos grasos insaturados no pueden ser sintetizados por el hombre. LÍPIDOS SENCILLOS No contienen ácidos grasos en su molécula. Son mucho menos abundantes en las células que los anteriores. Sin embargo, algunos de estos lípidos como los esteroides tienen una importante actividad biológica. Hay muchos esteroides diferentes dependiendo de los grupos funcionales que lleven. Uno muy conocido es el colesterol, muy abundante en la membrana de las células y también en el plasma de la sangre. Algunas hormonas, como por ejemplo las sexuales, pertenecen a este tipo de moléculas. COLESTEROL

El colesterol forma parte estructural de las membranas a las que confiere estabilidad. Es la molécula base que sirve para la síntesis de casi todos los esteroides

HORMONAS SEXUALES

Entre las hormonas sexuales se encuentran la progesterona que prepara los órganos sexuales femeninos para la gestación y la testosterona responsable de los caracteres sexuales masculinos.


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ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos son grandes moléculas formadas por la repetición de una molécula unidad que es el nucleótido. Pero a su vez, el nucleótido es una molécula compuesta por tres: 1. Una pentosa ribosa desoxirribosa 2. Ácido fosfórico (grupo fosfato) o o

3. Una base nitrogenada, que puede ser una de estas cinco adenina guanina citosina timina uracilo o o o o o

Los ácidos nucleicos están formados por largas cadenas de nucleótidos (a la izquierda), enlazados entre sí por el grupo fosfato.

Pueden alcanzar tamaños gigantes, siendo las moléculas más grandes que se conocen, constituidas por millones de nucleótidos. Son las moléculas que tienen la información genética de los organismos y son las responsables de su transmisión hereditaria. Existen dos tipos de ácidos nucléicos, ADN y ARN, que se diferencian por el azúcar (pentosa) que llevan: desoxirribosa y ribosa, respectivamente.


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Unidad I - Introducción al Estudio de la Biología

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