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4º de ESO

1.- ¿QUÉ ES LA BIOLOGÍA? Es la ciencia que estudia a los seres vivos. CIENCIA: Porque sigue el método científico que consta de los siguientes pasos en su metodología de estudio: 1. 2. 3. 4. 5.

Observar un fenómeno y preguntarse por sus causas Recopilar información bibliográfica acerca del fenómeno en cuestión Elaborar una hipótesis que lo explique Diseñar un proceso experimental que permita comprobar la veracidad de la hipótesis Publicar los resultados obtenidos

SERES VIVOS: Sistemas abiertos que tienden a disminuir su entropía a costa de que aumente la entropía del universo, para ello utilizan enormes cantidades de energía. Caracterizados por un elevado grado de organización, orden y complejidad del sistema

2.- NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA VIVA BIOELEMENTOS BIOMOLÉCULAS MACROMOLÉCULAS COMPLEJOS MACROMOLECULARES (Membranas, paredes celulares....) ORGÁNULOS CELULARES (mitocondrias, ribosomas, cloroplastos.....) CÉLULAS (Procariotas, eucariotas) TEJIDOS (Epitelial, parenquimático, conjuntivo....) ÓRGANOS (Corazón, hueso, hoja, flor....) APARATOS Y SISTEMAS (Circulatorio, sistema radicular) INDIVIDUOS (Sapo, pino, gorrino....) 1

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ÁTOMOS: Bioelementos, o elementos biogénicos: Primarios: Constituyen el 95% de la materia viva: C,H,O,N Secundarios: Constituyen el 4’5% de la materia viva: Ca, Na, K, P, S, Mg, Fe, Cl Oligoelementos: Constituyen el 0’5% de la materia viva, no están todos en todos los seres vivos: Li, Mo, Zn, F, Mn, Cu...,

BIOMOLÉCULAS: Formadas por la unión de los bioelementos, también se las denominan Principios inmediatos. Para su estudio las clasificamos en: Inorgánicas: Se encuentran también como integrantes de la materia mineral Agua CO2 O2 Sales minerales Orgánicas: Sólo forman parte de los seres vivos. Glúcidos o carbohidratos Lípidos Proteínas Ácidos nucleicos AGUA Molécula vital, forma el 75% de los seres vivos. Por su forma tiene un elevado calor específico, es un buen disolvente polar y una elevada cohesión molecular, por todo ello: Es un buen disolvente general, y medio de transporte de sustancias disueltas Es el medio de reacción donde se llevan a cabo las reacciones metabólicas Regulador térmico Es junto al CO2 la molécula clave de la fotosíntesis a partir de las cuales se sintetiza materia orgánica. Mantiene la estructura de las membranas Mantiene la estructura de las proteínas Junto a las sales minerales es responsable del mantenimiento de los procesos osmóticos y del pH. PROCESOS OSMÓTICOS

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HIDRATOS DE CARBONO Son biomoléculas formadas por C,H y O en una proporción de Cn(H2O)n. Se dividen en tres grupos para su estudio: Monosacáridos: Azúcares simples, dulces y con gran poder ricoenergético (ribosa, desoxiribosa, glucosa, fructosa...) Disacáridos: Formados por la unión de dos monosacáridos, dulces y ricoenergéticos. (sacarosa, lactosa, maltosa...) Polisacáridos: Formados por la unión de miles monosacáridos en largas cadenas. Pueden constituir reservas energéticas (almidón, glucógeno) o formar elementos estructurales (celulosa, quitina). LÍPIDOS Se trata de biomoléculas que se agrupan aunque no tengan una estructura química semejante ni funciones parecidas porque tienen las mismas propiedades físicas, es decir, son insolubles en agua, solubles en disolventes no polares (gasolina, éter, benceno...) y untuosos al tacto. Se clasifican en: Derivados de los ácidos grasos: - Triglicéridos ó grasas (reservas de energía, aislantes, protectores) - Fosfolípidos (formadores de membranas biológicas) - Ceras (sustancias lubricantes y protectoras) Derivados del isopreno: - Esteroides. Derivados del esterano. Entre los cuales está el colesterol (necesario para formar parte de las membranas; las hormonas sexuales (testosterona, estradiol, progesterona...) - Terpenos. Importantes moléculas vegetales entre las que están esencias del tipo del geraniol y limoneno, así como sustancias tales como el látex (que origina el caucho). PROTEÍNAS Son macromoléculas formadas por aminoácidos que se unen en largas cadenas constituidas por más de un centenar de estos. Existen 20 aminoácidos diferentes. Cada proteína se diferencia de las demás por el orden de colocación de los aminoácidos y por el número total de los mismos. Dependiendo de los aminoácidos que tenga la proteína, adquiere una forma por plegamientos de la cadena que le otorgan las propiedades y las funciones que las caracterizan.

Estructura primaria de la proteína ribonucleasa bovina

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ÁCIDOS NUCLEICOS Son largas cadenas de moléculas más simples llamadas nucleótidos. Cada nucleótido está formado por: ácido forfórico --- una pentosa --- una base nitrogenada La pentosa puede ser: - Ribosa (RNA) - Desoxiribosa (DNA) Las bases nitrogenadas pueden ser: - Adenina - Guanina - Citosina - Timina - Uracilo Los nucleótidos se unen entre sí por las pentosas, y forman cadenas que pueden ser larguísimas (muchos millones de nucleótidos). Tipos de ácidos nucleicos: DNA Molécula de doble cadena antiparalelas con las bases enfrentadas, formando una doble hélice de arrollamiento plectonémico Las bases que posee son A, G, C y T. Se enfrentan siempre: A – T y G – C El azúcar es la desoxiribosa Hay un solo tipo

RNA Molécula de cadena sencilla, aunque algunas de ellas pueden enfrentar la propia cadena en tramos dobles Las bases que posee son A, G, C y U El azúcar es la ribosa Hay tres tipos: RNA de transferencia; RNA mensajero y RNA ribosomal

Está encerrado en el núcleo y porta TODA la Son copias de fragmentos de DNA, y se encuentran información genética en el núcleo y citosol El DNA puede dar copias exactas de sí mismo mediante un proceso llamado replicación. Puede copiar genes (fragmentos) en RNA, proceso llamado transcripción

No puede autocopiarse. El RNAm es traducido por los ribosomas para dar lugar a proteínas. El RNAt colabora en el proceso de traducción.

NH 2 adenina

C N

C

N

HC

C

N

CH OH HO P O O fosfato

N

H

adenosina

o O

CH2 H

H

OH

OH

H

β–D–ribosa

Nucleótido 4

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LA CÉLULA Podemos definir la célula como “la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos” Es decir la parte más pequeña del ser vivo que tiene vida en si misma. El nombre de célula se debe a Roberto Hooke (1665) La teoría celular (definición que hemos dado) que nos hace comprender que es en realidad la célula se debe a Schleiden (botánico) y Schwan (zoólogo) (1838) El nombre de núcleo se debe a otro Roberto, R. Brown La imposibilidad de obtener células por generación espontánea o por unión de sus elementos, sinó sólo por reproducción de otre célula preexistente se debe a Virchow –“Toda célula proviene de otra célula”TAMAÑO DE LAS CÉLULAS Su tamaño es muy variable, las hay de algo menos de 1 µm de diámetro (micoplasmas), y las hay del tamaño de una pelota de tenis (yema de un huevo de avestruz), es decir de más de 8 cm de diámetro, lo que supone tener una diferencia de volumen de más de 500.000.000.000.000 veces. En cuanto a la forma, podemos decir que esta es muy variable, las hay esféricas, arborescentes (neuronas), cilíndricas, discoidales... Adaptadas cada cual a la función que desempeña.

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TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR Existen dos tipos de organización celular. Cualquier ser vivo de la Tierra tiene sus células pertenecientes a una de las dos. Células procariotas (pro= antes, carion= núcleo): Células que carecen de núcleo Células eucariotas (eu= buen, carion= núcleo): Células con núcleo

CÉLULA PROCARIOTA Las células procariotas se caracterizan, fundamentalmente, por los siguientes caracteres: Tienen el DNA disperso por el citoplasma, sin una membrana específica que lo envuelva Una sola cadena de DNA, de tipo circular A veces pueden tener una cadena de DNA de menor tamaño, llamada plásmido Poseen ribosomas Pueden poseer repliegues internos de la membrana, llamados mesosomas, donde albergan concentraciones más o menos elevadas de algunas sustancias. Pueden tener, en la parte exterior de la membrana una pared celular más o menos resistente Pueden tener unos flagelos simples con los que se desplazan

EJEMPLOS DE SERES VIVOS CON ORGANIZACIÓN CELULAR PROCARIOTA Bacterias: Las hay beneficiosas (bacterias del yogourt, enriquecedoras en nitratos del suelo...), saprofticas (descomponedoras de materia orgánica y responsables de la putrefacción), simbióticas (bacterias del intestino humano) y parásitas (productoras de muchas enfermedades tales como el cólera, disentería, tétanos, meningitis...) Cianobacterias, capaces de realizar la fotosíntesis. Se comportan como si fueran algas microscópicas. Micoplasmas.

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CÉLULA EUCARIOTA Son las células de los vegetales y plantas superiores, se caracterizan por lo siguiente: Tienen el material genético encerrado en un núcleo El DNA es lineal y está constituido por varios fragmentos llamados cromosomas Posee una membrana plasmática, semejante a la de las procariotas Un citoplasma que tiene un considerable número de orgánulos celulares tales como (ribosomas, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, vacuolas, lisosomas, citoesqueleto, centriolos, mitocondrias y cloroplastos) Algunas de estas células disponen, por fuera de la membrana celular de una gruesa pared que puede ser de celulosa (vegetales y oomicetos) o de quitina (hongos). TIPOS CELULARES EUCARIOTAS -

Células animales (son de nutrición heterótrofa, carecen de pared, carecen de cloroplastos, poseen centriolos y sus vacuolas son menudas). Células vegetales (Son de nutrición autótrofa, poseen pared de celulosa, tienen plastos, carecen de centríolos y sus vaculas son abundantes y de considerable tamaño) Células de hongos (son de nutrición heterótrofa, tienen pared de quitina, no poseen ploastos, pero si vacuolas de tamaño grande y tienen centriolos)

MEMBRANA CELULAR Es una delgadísima capa que envuelve a la célula formada por una bicapa de fosfolípidos y colesterol, en cuyo seno se encuentra muchas proteínas, unas atravesando la bicapa a modo de icebergs, otras atravesando solo la mitad de la bicapa, y otras sólo en la parte exterior o en la parte interior. Tiene una permeabilidad selectiva, siendo capaz de dejar pasar a su través sólo aquellas sustancias que necesita o que tiene que expulsar. 7

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En las células vegetales y en los hongos existe por fuera de la membrana una gruesa pared (de celulosa en los vegetales y quitina en los hongos). Les confiere gran resistencia e indeformabilidad. En los vegetales puede estar impregnada de lignina (confiere gran dureza, y da lugar a la madera) o suberina (forma el corcho y confiere gran impermeabilidad).

CITOPLASMA Y ORGÁNULOS CELULARES El citoplasma tiene una parte soluble, llamada citosol, que consta de agua y sustancias disueltas. Tiene un aspecto semejante al gel. En su seno hay una serie de orgánulos, que están anclados en una enorme red de túbulos y fibras de carácter proteico, llamados citoesqueleteo (Serían semejantes a un enorme andamio de tubos y cuerdas, más o menos rígidos, que ocuparían el interior celular. El conjunto de orgánulos recibe el nombre de morfoplasma. Destacamos los siguientes: Ribosomas: Formados por proteínas y RNA. Son muy pequeños y tienen dos subunidades. Su función es la de sintetizar proteínas. Pueden estar sueltos por el citoplasma (fabrican proteínas que quedan en el citosol) o pegados al retículo endoplasmático rugoso (fabrican proteínas que introducen en el interior de las cisternas de retículo)

Retículo endoplasmático: Puede ser liso o rugoso. El Rugoso se llama de esta manera porque tiene ribosomas pegados en su superficie. Se trata de un conjunto de cavidades y cisternas aplanadas intercomunicadas entre sí. Almacenan proteínas en su interior y las transforman y hacen madurar. Luego de transformadas las pasan al 8

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aparato de Gorgi envueltas en vesículas. El liso está relcionado con la síntesis de los lípidos del organismo. Aparato de Golgi: Formado por cisternas aplanadas situadas unas sobre otras como en una pila de sacos. Reciben vesículas cargadas de proteínas que transforman y unen a otras biomoléculas para madurarlas completamente. Luego las desprenden también en forma de vesículas que pueden tener dos destinos: Quedar en el interior de la célula (lisososmas); o segregar las proteínas al exterior (vesículas de secreción). Lisosomas: Son pequeñas vacuolitas repletas de fermentos digestivos, capaces de digerir aquellas sustancias que fagocita la célula, o bien los orgánulos viejos o inútiles (por esta función se les conoce también como vesículas suicidas) Vacuolas: Son vesículas más o menos grandes repletas de líquidos (agua de reserva, esencias, colorantes...). En los vegetales pueden ocupar más del 80% del volumen celular.

Mitocondrias: Son las centrales energéticas de la célula, allí se oxidan las sustancias nutritivas celulares para obtener la energía necesaria para los procesos vitales. Tienen dos membranas, una exterior lisa y una interior arrugada en una serie de crestas (crestas mitocondriales). En la parte interior, llamada matriz mitocondrial, tienen también ribosomas propios y cadenas circulares de DNA (llamado mitocondrial). La existencia de DNA y ribosomas les confiere cierta autonomía. Parecen ser antiguas bacterias de vida libre que pasaron al interior de la célula de manera simbiótica, proceso conocido como endosimbiosois. Centriolos: Son dos estructuras, exclusivas de las células animales, formadas por nueve parejas de microtúbulos agrupados en forma circular. Son los orgánulos responsables de la organización del citoesqueleto y de regular los movimientos de cilios y flagelos.

Cloroplastos: Orgánulos exclusivos de las células vegetales. En su interior se lleva a cabo la fotosíntesis. Como las mitocondrias, tienen dos membranas, la interior replegada formando pequeños sáculos que se apilan (tilacoides) y en cuyas membranas encontramos la clorofila y otros pigmentos responsables de la fotosíntesis. Al igual que las mitocondrias poseen DNA y ribosomas propios, lo que les confiere autonomía y nos hace pensar también es un origen endosimbiótico. 9

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Cilios y flagelos. Prolongaciones filiformes que baten, como pequeños látigos, y son responsables de movimiento de las células. Están recubiertos de membrana y en su interior tiene microtúbulos organizados. Un tienen nada que ver, estructuralmente hablando, con los de las procariotas. EL NÚCEO Es uno de los elementos mas característicos de las células eucariotas. Tiene una doble membrana, derivada del retículo endoplasmático, que está atravesada por poros. En su interior, en el seno de una sustancia líquido viscosa, llamada nucleoplasma ( rica en nutrientes disueltos) se encuentra el DNA, en una serie de filamentos lineales, cuyo número es característico de cada especie, llamados cromosomas. Cada cromosoma es un filamento en doble hélice de DNA unido a unas proteínas llamadas histonas. Normalmente cada filamento de DNA tiene uno igual a él, llamado cromosoma homólogo; ello se debe a que las especies tienen un cromosoma proveniente de su progenitor masculino y otro de su progenitor femenino; en estos caso hablamos de individuos diploides. Las células reproductoras tiene un solo juego de cromosomas de cada, y reciben el nombre de haploides. En los núcleos activos se distingue una zona que se tiñe intensamente, se aprecia como un punto, y recibe el nombre de nucleolo. Funciones del núcleo: Rige las funciones celulares, ya que en él radica toda la información genética. El DNA se puede dividir en una enorme cantidad de genes, fragmentos que tienen la información genética que determina como se fabrica cada proteína. Un primer proceso consiste en la síntesis del RNA mensajero. El DNA copia un gen determinado produciendo un RNA mensajero (proceso llamado transcripción), que sale del núcleo por un poro nuclear para que los ribosomas fabriquen la proteína correspondiente (traducción). Fabricación de ribosomas. En una parte del núcleo, llamada nucleolo, se fabrica el RNA ribosomal, y comienza a enrollarse alrededor de las proteínas ribosomales, que han entrado para ello al núcleo. Todavía inmaduros, salen los ribosomas del núcleo, y acaban de madurar en el citoplasma. Fabricación del RNA de transferencia. También se transcribe en el núcleo el RNA de transferencia, que también sale del mismo por los posos nucleares, para llevar a acabo su función en el citoplasma.

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FISIOLOGÍA CELULAR La fisiología celular es el estudio de las funciones biológicas de las células. Estudiaremos: - Nutrición celular - Reproducción celular NUTRICIÓN CELULAR Es el conjunto de reacciones que se llevan a cabo en el interior de la célula para conseguir: A) Energía para las diferentes funciones vitales B) Macromoléculas para construir los orgánulos y las estructuras celulares necesarias. Tipos de nutrición celular Autótrofa Heterótrofa

Nutrición autótrofa Aquella que necesita tomar del exterior moléculas orgánicas ricas en energía. Generalmente las moléculas orgánicas (alimento) han de sufrir previamente una digestión: Proceso por el que las moléculas orgánicas más grandes y complejas (macromoléculas) se rompen (mediante enzimas o fermentos digestivos) en moléculas orgánicas más sencillas que pueden atravesar las membranas celulares. Polisacáridos

digestión

Glucosa

Proteínas

digestión

Aminoácidos

Ac. Nucleicos

digestión

Nucleótidos

Intracelular (mediante los lisosomas) La digestión puede ser Extracelular (expulsando los fermentos fuera de la célula) Con los nutrientes básicos digeridos, la célula se nutre, es decir somete estos a una serie de reacciones químicas que reciben el nombre de metabolismo. El metabolismo podemos dividirlo en dos tipos: Catabolismo: Reacciones de oxidación que liberan energía. (procesos de destrucción) Anabolismo: Reacciones de síntesis de grandes moléculas (procesos de construcción)

Catabolismo: También llamado respiración. Podemos hablar de: Catabolismo o respiración aeróbica Catabolismo o respiración anaeróbica Vía anaeróbica 2 NAD GLUCOSA 2ADP

2 Ac. Pirúvico + 4 H 2ATP 11

2 NADH2

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2 Ac. Pirúvico

2 etanol

2 NADH2

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O 2 acido láctico

2 NAD

Este tipo de respiración la llevan a cabo seres vivos como las levaduras para obtener su energía necesaria para las funciones vitales (ATP), liberando como producto de desecho el etanol. Nuestras células pueden también utilizar esta forma de obtención de ATP cuando no les llega suficiente oxígeno para la modalidad aeróbica (es el fenómeno responsable de las agujetas en nuestros músculos al acumularse el ácido láctico).

Vía aeróbica Se lleva a cabo en la mitocondria de las células, una fase en la matriz mitocondrial y la otra en las crestas mitocondriales. Se necesita oxígeno, que aunque interviene al final del proceso, es clave para que se den todas las reacciones. La primera parte del proceso es análogo al que se lleva acabo en el proceso anaeróbico, y se lleva a cabo en el citoplasma celular. Lo recordamos: 2 NAD GLUCOSA 2 Ac. Pirúvico + 4 H 2ADP 2ATP 2 NADH2

2Acido pirúvico

MITOCONDRIA Ciclo de KREBS

6 CO2 4 NAD 8H 4 NADH2

CRESTA MITOCONDRIAL 6 NADH2

+

3 O2 36 ADP

6 H2O + 6 NAD 36 ATP

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