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Formando líderes, con una auténtica educación integral

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Primero Quinto de Secundaria

Biología

Biología - 5to Sec.

Niveles de Organización de la Materia Viva Bioquímica I

¿Por qué se estudia Biología? Existe una razón que tiene primacía sobre todas las demás: conocernos mejor a nosotros mismos y conocer mejor el mundo en que vivimos. El hombre es un animal. En ciertos aspectos difiere ligeramente de otros animales. Sin embargo, en otros la diferencia es tan profunda como para ocupar una posición única en el mundo. Aunque es debatible si el hombre posee algunos atributos no presentes en algún grado en otros animales, está perfectamente establecido que el hombre presenta algunos de ellos en grado mucho más alto. Uno de estos es la curiosidad. Homo sapiens es el «hombre que conoce». Es el hombre siempre ávido de saber. Así, estudiamos biología por las mismas razones por las cuales estudiamos física, matemáticas, historia, literatura y arte: esto es, para adquirir conocimientos sobre otros aspectos de nuestra vida y de nuestro mundo.

Capítulo

1

ETIMOLOGÍA Y DEFINICIÓN Etimológicamente se sabe que la palabra Biología deriva de dos vocablos griegos:

BIO : vida LOGOS : tratado científico acerca de algo

Se define la Biología como la ciencia de la vida.

Deberíamos también anotar que ciertas carreras profesionales productivas y retributivas pueden edificarse sobre el conocimiento de la biología. Los laboratorios del mundo demandan más hombres para realizar los nuevos descubrimientos. También se necesita a menudo hombres y mujeres que apliquen sus conocimientos de biología a actividades tan prácticas como la medicina humana, la odontología, la medicina veterinaria, la investigación agrícola, la zootecnia, la ingeniería ambiental, las industrias alimentarias y otras.

Existe una rana venenosa llamada "Dardo dorado" (Phyllobates terribilis) que únicamente puede encontrarse en las costas del pacífico colombiano. Estas ranas exudan por la piel una sustancia neurotóxica conocida como la batrachotixina que es el veneno más activo que se conoce. Únicamente con la cantidad de veneno que posee una rana "Dardo dorado" alcanzaría para matar 20000 ratones o 100 humanos adultos. Algunos indígenas colombianos envenenan sus dardos de cacería con veneno de Phyllobates terribilis (de allí su nombre común), y una vez envenenados se mantienen letales hasta por dos años.

Todo ciudadano podrá participar más efectivamente, en una democracia, si puede pronunciarse y votar inteligentemente sobre cuestiones que impliquen tanto principios biológicos como el bienestar humano. El uso de aditivos alimenticios, drogas, insecticidas, radiación, técnicas de ingeniería genética y medidas de control de la población, son justamente algunos de los diversos medios por los cuales nuestras vidas pueden ser modificadas por el conocimiento biológico.

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Biología - 5to Sec. Niveles de Organización de la Materia Viva Sin importar que se estudie a un individuo complejo aislado o el mundo de los seres vivos considerado en su conjunto, es posible identificar una jerarquía de organización biológica.

A. Nivel Químico

c. Los órganos. En la mayor parte de los organismos complejos, los tejidos se organizan en estructuras funcionales, llamadas órganos, como el corazón o estómago en animales, o las raíces y hojas en plantas.

d. Sistemas o aparatos. Resultan de un grupo coordinado de tejidos y órganos que van a realizar un grupo principal de funciones biológicas,el aparato digestivo y el sistema circulatorio son ejemplos al respecto.

El nivel más básico de organización incluye átomos, moléculas, macromoléculas y supramoléculas.  Los átomos constituyen las unidades más pequeñas que forman la materia. Es de paso la unidad mínima de un elemento químico que posee las propiedades características de dicho elemento. Por ejemplo, un átomo de hierro es la menor cantidad posible de este elemento.  Las moléculas resultan de la combinación química de los átomos. De tal suerte, dos átomos de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno y forman una molécula de agua.  Las macromoléculas están formadas por la unión de muchas moléculas. La glucosa es una molécula que se asocia con otras para formar glucógeno que es una macromolécula.  Las supramoléculas están formadas por la reunión de macromoléculas. Las paredes celulares (asociación supramolecular) resultan de la unión de muchas cadenas de celulosa (macromoléculas).

B. Nivel Biológico Comprende subniveles, como el celular, histológico, orgánico, sistemático e individual.

e. Organismo. Los sistemas y aparatos funcionan juntos de manera coordinada con gran precisión, y componen el complejo organismo multicelular.

C. Nivel ecológico Los organismos interactúan para formar niveles más complejos de organización biológica, forman poblaciones, comunidades, ecosistemas y por último determinan la biósfera. a. Población. Son todos los miembros de una misma especie que habitan en una misma zona geográfica. b. Comunidad. Son las poblaciones de organismos que habitan en un área dada e interactúan entre sí. Así pues, una comunidad puede estar compuesta de cientos de tipos diferentes de formas de vida. c. Ecosistema. Una comunidad y su ambiente inanimado constituyen lo que se denomina un ecosistema, el cual puede ser tan pequeño como un estanque (o incluso una charca) o tan vasto como las praderas o la tundra ártica. d. Biósfera. Es la zona del planeta donde existe la vida.

a. La célula es la unidad estructural y funcional básica de la vida, el componente más simple de la materia viva que es capaz de realizar todas la actividades necesarias para la vida.

b. Los tejidos resultan de la asociación de células estructural y funcionalmente similares. Por ejemplo, la mayor parte de animales tienen tejido muscular y tejido nervioso y las plantas tienen epidermis (tejido que forma una cubierta protectora).

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El cuerpo de un hombre joven sano de unos 65 kg de peso está formado por unos 11 kg de proteína, 9 kg de grasa, 1 kg de hidratos de carbono, 4 kg de diferentes minerales (principalmente depositados en los huesos), 40 kg de agua y una cantidad muy pequeña de vitaminas.

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Biología - 5to Sec.

Bioelementos Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan 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. 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:

{

PRIMARIOS

BIOELEMENTOS

{ {

SECUNDARIOS

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BÁSICOS COMPLEMENTARIOS MACROCONSTITUYENTES MICROCONSTITUYENTES 11

Biología - 5to Sec. 1. BIOELEMENTOS PRIMARIOS U ORGANÓGENOS Son los elementos mayoritarios, esenciales y presentes en mayor concentración en el ser vivo (96% del peso fresco). a) Básicos: C, H, O y N b) Complementarios: P y S

a. Bioelementos básicos Carbono

Por su tetravalencia es el constituyente principal de las biomoléculas orgánicas.

Hidrógeno

Lo encontramos en todas las biomoléculas orgánicas. Forma parte del agua.

Oxígeno

Importante en la respiración aeróbica, en los procesos de oxidación y en la producción de energía.

Nitrógeno

Indispensable en la formación de aminoácidos, proteínas y en los ácidos nucleicos.

b. Bioelementos complementarios

Azufre

Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina), presentes en todas las proteínas. También en algunas sustancias como el Coenzima A. Es constituyente de la melanina, humor vítreo, líquido sinovial, tejido conectivo y cartilaginoso. Fuentes: legumbres, col, cebolla, ajo, espárragos, puerro, pescado y yema de huevo.

Fósforo

Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucleicos. 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, forma parte estructural de huesos y dientes. Participa en el equilibrio ácido - básico. Su falta es una de las causas de raquitismo en los niños, osteomalacia en los adultos y debilidad muscular. Fuentes: la leche, yema de huevos, el queso, la soja, carne, legumbres, frutas secas, etc.

2. BIOELEMENTOS SECUNDARIOS U OLIGOELEMENTOS Se denomina 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. La ausencia de estos oligoelementos determina enfermedades carenciales. a) Macroconstituyentes: Na, Cl, K, Mg, Ca b) Microconstituyentes: Fe, Cu, Mn, B, I, F, Co, Zn, Cr, Al, Se, V, etc.

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Biología - 5to Sec. a. Macroconstituyentes

Magnesio

Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas, en muchas reacciones químicas del organismo. Fuentes: Cacao, soja, frutos secos, avena, maíz y algunas verduras.

Calcio

Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso. Fuentes: Productos lácteos, frutos secos, semillas de sésamo, verduras y algunas aguas de mesa.

Sodio

Catión abundante en el medio extracelular, necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular. Fuentes: Principalmente la sal, pero está presente en todos los alimentos.

Potasio

Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular. Fuentes: La fruta y verdura fresca, las legumbres y los frutos secos.

Cloro

Anión más frecuente, necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluido intersticial. Fuentes: Sal común, algas, aceitunas, agua del grifo, entre otros.

b. Microconstituyentes

Hierro

Fundamental para la síntesis de la clorofila, catalizador en reacciones químicas y se encuentra formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno. Fuentes: Carnes, hígado, yema de huevo, verdura verde, cereales integrales, frutos secos y levaduras.

Manganeso

Este elemento cumple varias funciones que incluyen el metabolismo de las proteínas y carbohidratos y reproducción. Se piensa que el manganeso es un activador de los sistemas enzimáticos que intervienen en la producción de energía, la síntesis del ácido graso y en el metabolismo de los aminoácidos. Asimismo, está implicado en la producción de hormonas sexuales. Interviene en la fotólisis del agua, durante el proceso de fotosíntesis en las plantas. Fuentes: Pescados, crustáceos, cereales integrales y legumbres.

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Iodo

Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo. Fuentes: Sal marina, pescados, mariscos, algas y vegetales cultivados en suelos ricos en yodo.

Flúor

Forma parte del esmalte dentario y de los huesos. Se deposita en éstos en forma de fluorapatita. Fuentes: El agua del grifo, el té, el pescado, col y espinacas.

Cobalto

Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina. Fuentes: Carnes, pescados, lácteos, remolacha roja, cebolla, lentejas e higos.

Silicio

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Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece los tejidos vegetales como en las gramíneas. Fuentes: Agua potable y alimentos vegetales en general.

Cromo

Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre. Fuentes: Grasa y aceites vegetales, levadura de cerveza, cebolla, lechuga, patatas y berros.

Zinc

El zinc forma parte de la anhidrasa carbónica en los eritrocitos, la cual es esencial para el intercambio de CO2, también forma parte de la carboxipeptidasa del intestino para la hidrólisis de las proteínas y es parte de la deshidrogenasa hepática. Además es necesario para la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas. Se requiere en el proceso de cicatrización y forma parte de la estructura ósea. Interviene aproximadamente en 40 metaloenzimas esenciales para la actividad de más de 70 enzimas. Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo. El zinc es importante para el funcionamiento del sistema inmunológico. Fuentes: Crustáceos, levadura de cerveza, germen de trigo, huevos y leche.

Litio

Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones.Fuentes: Vegetales, papas, crustáceos y algunos pescados.

Molibdeno

Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas. Fuentes: Germen de trigo, legumbres, cereales integrales y vegetales de hoja verde oscura.

Cobre

Existen varias razones por las cuales es fundamental la presencia del cobre en el cuerpo, ya que interviene en la formación del tejido conectivo elástico y el colágeno, el desarrollo y la maduración de los glóbulos rojos, en las funciones antioxidantes. Fuentes: Cacao, cereales integrales, legumbres y pimienta.

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Biología - 5to Sec. Biomoléculas Los bioelementos se unen entre sí para formar moléculas que llamaremos biomoléculas: las moléculas que encontramos formando la parte estructural y funcional de los seres vivos. Estas moléculas se han clasificado tradicionalmente en los diferentes principios inmediatos, llamados así porque podían extraerse de la materia viva con cierta facilidad, inmediatamente, por métodos físicos sencillos, como evaporación, filtración, destilación, disolución, etc.

El dipolo facilita la unión entre moléculas, formando puentes de hidrógeno que unen la parte electropositiva de una molécula con la electronegativa de otra.

Los diferentes grupos de principios inmediatos son:

Inorgánicos                 

ORGÁNICOS

• • •

• • • •

Agua Gases Sales minerales 

Glúcidos Lípidos Prótidos o proteínas Ácidos nucleicos

A. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS El Agua

Definición El agua es una biomolécula inorgánica. Se trata de la biomolécula más abundante en los seres vivos. En los tejidos humanos, el porcentaje de ésta varía de 20% en los huesos a 85% en las células cerebrales. Alrededor de 70% del peso corporal total de una persona corresponde al agua; en las medusas puede alcanzar el 98% de su volumen y en la lechuga, el 97% del volumen. Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones o tejidos conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. Otras estructuras, como semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca cantidad de agua en su composición.

Estructura molecular El agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. La unión de esos elementos con diferente electronegatividad proporciona unas características poco frecuentes. Estas características son:  La molécula de agua forma un ángulo de 104,5º.  La molécula de agua es neutra.  La molécula de agua, aun siendo neutra, forma un dipolo, aparece una zona con un diferencial de carga positivo en la región de los Hidrógenos, y una zona con diferencial de carga negativo, en la región del Oxígeno.

Propiedades El agua tiene propiedades especiales, derivadas de su singular estructura. Estas propiedades son:  Alto calor específico: el calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celcius la  temperatura de un gramo de ella. Implica que se necesita una gran cantidad de calor para calentar 1 g de agua o se desprende mucho calor cuando ésta se enfría. La capacidad del agua para almacenar energía calorífica tiene consecuencias ambientales muy importantes.  Una de estas es el clima.  Así, las áreas geográficas cercanas a los  grandes lagos, mares u océanos experimentan fluctuaciones más pequeñas de temperatura, no sólo entre invierno y verano sino que también entre el día y la noche, en aquellas áreas situadas en el interior de los continentes.  El agua de estos cuerpos puede absorber gran cantidad de calor en verano, mientras que su temperatura sólo aumenta ligeramente.  En invierno, los cuerpos desprenden calor con lo que la temperatura del agua baja levemente y en el ambiente hay menos frío.  Las corrientes de los océanos también transportan calor, que no sólo condiciona el clima sino que también la vida de los peces. La circulación del agua en la sangre de los organismos regulan la temperatura de los seres.  Basta mencionar que el hombre posee alrededor de 2/3 de agua en su cuerpo

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Biología - 5to Sec.  Alto calor de vaporización: el agua absorbe mucha energía cuando pasa del estado líquido al gaseoso.  Alta tensión superficial: las moléculas de agua están muy cohesionadas por acción de los puentes de Hidrógeno. Esto produce una película de agua en la zona de contacto del agua con el aire. Como las moléculas de agua están tan juntas, el agua es incompresible. En el interior del líquido, todas las moléculas están rodeadas por otras moléculas de líquido que la atraen, como todas las fuerzas de atracción son iguales, es como si no se ejerciera ninguna fuerza sobre ella, por lo que puede moverse libremente. En la superficie, las moléculas sólo están rodeadas por el interior del líquido y por su superficie, así que hay una fuerza neta sobre ellas que se manifiesta en la tensión superficial, la fuerza mantiene unida la superficie del líquido y hace que ésta se comporte como una lámina que hay que romper para penetrar en el líquido.

Algo más sobre el Nitrógeno Es un gas que forma el 78% del aire, siendo uno de los elementos más abundantes sobre la Tierra. El nitrógeno atmosférico no puede ser utilizado en forma normal por los seres vivos, sino que tiene que ser transformado en compuestos absorbibles por las plantas. Las plantas fabrican proteínas, en reacciones químicas muy complejas (aminoácidos y proteínas), que son aprovechadas por los animales herbívoros para su crecimiento y formación de carne. Y los carnívoros aprovechan las proteínas a través de la carne que consumen.



Debido a la fortaleza de la tensión superficial, entrar en el seno del líquido cuesta algún trabajo y algunos insectos pequeños pueden moverse por la superficie del líquido sin hundirse en él. Es el caso del zapatero, una chinche acuática muy común en los estanques y aguas tranquilas de Europa.

 Capilaridad: el agua tiene capacidad de ascender por las paredes de un capilar debido a la elevada cohesión molecular. Esta propiedad del agua permite la ascensión de la savia en los vegetales.  Alta constante dieléctrica: la mayor parte de las moléculas de agua forman un dipolo, con un diferencial de carga negativo y un diferencial de carga positivo.  Bajo grado de ionización: la mayor parte de las moléculas de agua no están disociadas. Sólo un reducido número de moléculas sufre disociación, generando iones positivos (H+) e iones negativos (OH-). En el agua pura, a 25ºC, sólo una molécula de cada 10000000 está disociada, por lo que la concentración de H+ es de 10-7. Por esto, el pH del agua pura es igual a 7.  La densidad del agua: en estado líquido, el agua es más densa que en estado sólido. Por ello, el hielo flota en el agua. Esto es debido a que los puentes de Hidrógeno formados a temperaturas bajo cero unen a las moléculas de agua ocupando mayor volumen, así la densidad disminuye haciendo que flote, aislando el agua líquida que está debajo de la capa de hielo, lo que permite el desarrollo de la vida acuática en zonas de climas fríos.

Capilaridad

Densidad

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Biología - 5to Sec. 4) Importancia biológica del agua Las propiedades del agua permiten aprovechar esta molécula para algunas funciones de los seres vivos. Estas funciones son las siguientes:

Las sales se forman por unión de un ácido con una base, liberando agua. En su forma precipitada forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee. Ejemplos son las conchas, los caparazones o los esqueletos.

 Disolvente polar universal: se ha establecido que la molécula de agua es polar.  Es precisamente esta polaridad que presenta el agua líquida, la que le permite disolver muchos compuestos, es decir la formación de una mezcla homogénea entre la sustancia que se disuelve, soluto, y el agua que la disuelve, disolvente. Cuando se disuelve un sólido iónico en agua,  como lo es el cloruro de sodio, se produce la disociación de los cationes sodio y aniones cloruro, los cuales atraen a las moléculas de agua.  La parte positiva o polo positivo del agua  es atraído por los aniones y el polo negativo por los cationes.  Consecuencia de esta atracción es el  rodeamiento de moléculas de agua en  torno  a cationes y aniones. Este proceso se denomina hidratación o SOLVATACIÓN. El agua no sólo es capaz de disolver sustancias iónicas, sino que muchas otras con las cuales puede interactuar mediante formación de enlaces de hidrógeno, con sustancias que lo permitan, o sustancias polares con las que forma interacciones dipolo-dipolo.  Lugar donde se realizan reacciones químicas: el agua proporciona el medio acuoso indispensable para las reacciones químicas debido a ser un buen disolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de ionización.  Función estructural: por su elevada cohesión molecular, el agua confiere estructura, volumen y resistencia.  Función de transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada constante dieléctrica, y por poder ascender por las paredes de un capilar, gracias a la elevada cohesión entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte en su interior.  Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el agua sirve como lubricante entre estructuras que friccionan, y evita el rozamiento.  Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor de vaporización, el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario.

La concha proporciona protección y estructura a la Vieira.

Los huesos están formados por sales de calcio.

Estructura  Las sales se encuentran disociadas en iones o electrolitos.  Representan el 1.5% de la composición química de los

seres vivos.  Disueltas en agua manifiestan cargas positivas o

negativas.  Los cationes más abundantes en la composición de los seres vivos son Na+, K+, Ca2+, Mg2+...  Los aniones más representativos en la composición de los seres vivos son Cl-, PO43-, CO32-...

Funciones Las sales disueltas en agua pueden realizar funciones tales como:

 Determinar la presión osmótica.  Mantener el grado de salinidad.  Amortiguar cambios de pH, mediante el efecto tampón.  Controlar la contracción muscular.  Producir gradientes electroquímicos.  Estabilizar dispersiones coloidales.  Los iones pueden asociarse a moléculas, permitiendo

Las sales minerales Definición Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disuelta en forma de iones o asociada a otras moléculas.

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realizar funciones que, por sí solos no podrían realizar, y que tampoco realizaría la molécula a la que se asocia, si no tuviera el ión. La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno por la sangre, porque está unida a un ión Fe++. Los citocromos actúan como transportadores de electrones porque poseen un ión Fe+++. La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis por contener un ión Mg++ en su estructura. 17

Biología - 5to Sec.

Bioquímica II: Biomoléculas Orgánicas I: Glúcidos, Lípidos y Vitaminas

Capítulo

2

Los Glúcidos DEFINICIÓN Los glúcidos son biomoléculas formadas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O). Los glúcidos o azúcares son sustancias que en un principio se las denominó hidratos de carbono (debido a que su fórmula mínima es CH2O, es decir, como si cada carbono estuviera «hidratado»). El nombre de glúcido deriva de la palabra «glucosa» que proviene del vocablo griego glykos que significa dulce, aunque solamente lo son algunos monosacáridos y disacáridos. Los glúcidos o hidratos de carbono son uno de los nutrientes contenidos en los alimentos. También son las sustancias orgánicas más extendidas en la naturaleza. Las plantas verdes, las algas y algunas bacterias los producen en el proceso conocido como fotosíntesis, durante el cual absorben el dióxido de carbono del aire y, por acción de la energía solar, producen glucosa y otros compuestos químicos. CLASIFICACIÓN

A. Monosacáridos, osas o glúsidos simples Son no hidrolizables y constituyen las unidades menores. Se clasifican de acuerdo con el número de átomos de C que poseen: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas, siendo las más importantes biológicamente las que tienen 3, 5 y 6 átomos de C. Los monosacáridos son glúcidos sencillos, constituidos sólo por una cadena. Se nombran añadiendo la terminación -osa al número de carbonos.

En el dibujo están representados una triosa, una tetrosa, una pentosa y una hexosa.  Las triosas, son abundantes en el interior de la célula, ya que son metabolitos intermediarios de la degradación de la glucosa: Gliceraldehído y Dihidroxiacetona.  Las pentosas, son glúcidos de 5 carbonos y entre ellos se encuentran: Ribosa y Desoxirribosa, que forman parte de los ácidos nucleicos y la Ribulosa que desempeña un importante papel en la fotosíntesis, debido a que a ella se fija el CO2 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, galactosa y la fructosa.

Glucosa El más común y abundante de los monosacáridos. Es el principal nutriente de las células del cuerpo humano a las que llega a través de la sangre. No suele encontrarse en los alimentos en estado libre, salvo en la miel y algunas frutas, sino que suele formar parte de cadenas de almidón o disacáridos. La glucosa es un monosacárido cuya molécula contiene un grupo aldehído y cinco hidroxilos:

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Biología - 5to Sec. B. Dicáridos o glúsidos dobles Resultan de la unión de dos monosacáridos. También poseen sabor dulce, son solubles en agua, son cristalizables y se pueden desdoblar en dos monosacáridos. Fórmula Global :

C12H22O11

Sacarosa Estas fórmulas representan a la glucosa en su forma lineal y cíclica, en este caso el anillo formado tiene 6 lados.

Fructosa Es el azúcar de las frutas ácidas, forma parte de la sacarosa y también se encuentra en la miel. Es soluble en agua y su poder edulcorante es muy alto. Se utiliza sobre todo en preparados para diabéticos, ya que se absorbe lentamente.

Formada por la unión de una molécula de glucosa más una de fructosa. Se obtiene de la caña de azúcar y la remolacha azucarera. También la podemos encontrar en los frutos maduros. Es el azúcar común.

Maltosa Resulta de la unión de dos moléculas de glucosa y se encuentra en las harinas malteadas y granos germinados, también se encuentra en el hombre, ya que durante la digestión, el almidón se hidroliza dando moléculas de maltosa.

Aquí está representada la fórmula lineal y cíclica de la fructosa, formando un anillo de cinco lados.

Lactosa

Galactosa Es el monosacárido resultante del desdoblamiento de la lactosa o azúcar de la leche. No se encuentra libre en la naturaleza, pero forma parte de nuestro cerebro, de ahí su importancia.

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La lactosa o azúcar de la leche se encuentra únicamente en este líquido en una proporción del 4-5%, desdoblándose por hidrólisis en glucosa y galactosa. La lactosa es la responsable de que haya personas que presenten intolerancia a la leche, y es porque no tienen en suficiente cantidad la enzima que rompe a la lactosa llamada lactasa y que está presente en la pared del intestino delgado. Esta enzima se pierde por procesos infecciosos gastrointestinales y por no tomar leche con frecuencia.

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Biología - 5to Sec. C. Polisacáridos o glúsidos dobles

Polisacáridos estructurales

Son aquellos compuestos formados por más de 10 moléculas de monosacáridos.

La Celulosa

No tienen sabor dulce, son insolubles en agua y por hidrólisis se descomponen en monosacáridos. Se dividen en:

Entre los polisacáridos estructurales, destaca la celulosa, que forma la pared celular de la célula vegetal. Esta pared constituye un estuche en el que queda encerrada la célula, que persiste tras la muerte de ésta. La celulosa está constituida por unidades de b-glucosa, y la peculiaridad del enlace b(beta) hace a la celulosa inatacable por las enzimas digestivas humanas, por ello, este polisacárido no tiene interés alimenticio para el hombre.

Polisacáridos de almacenamiento El almidón

Es un polímero de glucosa. Posee dos tipos de cadena, una lineal llamada «amilosa» y otra ramificada llamada «amilopectina». Es el carbohidrato de las plantas. Es la principal reserva energética de la mayoría de las plantas. Se encuentra principalmente formando parte de los cereales (trigo, arroz, maíz, etc), de los tubérculos (patatas, zanahorias, entre otras) y de las legumbres (lentejas, garbanzos, entre otras).

El algodón consta sobre todo de celulosa.

Glucógeno

Es el llamado almidón animal, es el carbohidrato de reserva del músculo y el hígado de los mamíferos. Es también un polímero de glucosa. Es sintetizado por el hígado a partir de moléculas de glucosa cuando estamos en estado de saciedad, cuando pasamos a un estado de ayuno este glucógeno se rompe dando unidades de glucosa, para que sean usadas como combustible. El glucógeno muscular es consumido directamente en el músculo, mientras que el hígado envía moléculas de glucosa a la sangre, a fin de mantener la glucemia constante. Si la glucemia baja - hipoglucemia - se produce una situación de alarma, ya que supone un peligro para el sistema nervioso central, pues depende de ella para su funcionamiento, en estas ocasiones se produce un apetito repentino, pérdida de fuerza, mareos, sudor frío, etc., se alivia comiendo algo, un terrón de azúcar, pan, galletas, etc.

La Quitina

Es un homopolisacárido con función estructural, formado por la unión de N-acetil-b-D-glucosaminas. Se encuentra en exoesqueletos de artrópodos como los insectos y crustáceos, y también en las paredes celulares de muchos hongos, ya que ofrece gran resistencia y dureza.

La dureza del exoesqueleto de artrópodos viene dada por la presencia de quitina.

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Biología - 5to Sec. Los Lípidos

D. Aislante eléctrico

DEFINICIÓN Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y generalmente también oxígeno; pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener también fósforo, nitrógeno y azufre.

Los lípidos no polares actúan como aislantes eléctricos que permiten la rápida propagación de las ondas de despolarización a lo largo de los nervios mielinizados.

Es un grupo de sustancias muy heterogéneas que sólo tienen en común estas dos características:

Los lípidos también están presentes en las neuronas.

1. Son insolubles en agua. 2. Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno, hexano, etcétera. IMPORTANCIA BIOLÓGICA Desde el punto de vista biológico desempeñan importantes funciones:

A. Estructural Son componentes esenciales de los seres vivos, en los que constituyen parte fundamental de todas las membranas celulares. Las combinaciones de lípidos y proteínas (lipoproteínas) son constituyentes importantes de las células, presentes tanto en la membrana celular como en las mitocondrias dentro del citoplasma, etc.

E. Precursor Están relacionadas con este grupo de compuestos, numerosas sustancias de importante actividad fisiológica, como algunas vitaminas, hormonas, ácidos biliares, etcétera. Los constituyentes principales de los lípidos son:

Acidos Grasos Los ácidos grasos son moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada de tipo lineal, y en un extremo de la cadena un grupo carboxilo (-COOH). Se conocen unos 70 ácidos grasos que se pueden clasificar en dos grupos:

Las membranas celulares tienen dentro de sus componentes a los fosfolípidos.

 Los ácidos grasos saturados sólo tienen enlaces simples

entre los átomos de carbono. Son ejemplos de este tipo de ácidos, el mirístico (14C), el palmítico (16C) y el esteárico (18C).

 Los ácidos grasos insaturados tienen uno o varios B. Reserva genética En los animales forman el principal material de reserva energética (grasas neutras). En el organismo las grasas sirven como fuente de energía, de un modo directo así como de un modo potencial, ya que se almacenan en el tejido adiposo.

enlaces dobles en su cadena y sus moléculas presentan codos, con cambios de dirección en los lugares donde aparece un doble enlace. Son ejemplos el oleico (18C, un doble enlace) y el linoleico (18C y dos dobles enlaces).

C. Aislante térmico También sirven como aislante térmico en el tejido subcutáneo y alrededor de ciertos órganos. La capa de grasa que se encuentra debajo de la piel de los mamíferos ayudan a retener el calor del cuerpo. Esta capa está especialmente desarrollada en los mamíferos marinos. 24

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Biología - 5to Sec. CLASIFICACIÓN

A. Lípidos simples

Progesterona

Alcohol + ácido graso Ejemplo:

Testosterona

 Triglicérido = Glicerol + 3 ácidos grasos  Ceras.Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes también de cadena larga. Todas las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al agua y con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo, la piel, las hojas y frutos, están cubiertos de una capa cérea protectora. Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas para confeccionar su panal.

B. Lípidos complejos En cuya estructura molecular además de carbono, hidrógeno y oxígeno, hay también nitrógeno, fósforo, azufre o un glúcido. Son las principales moléculas constitutivas de la doble capa lipídica de la membrana, por lo que también se llaman lípidos de membrana.

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.

Vitaminas DEFINICIÓN Son compuestos orgánicos necesarios en muy pequeñas cantidades tanto para la vida como para la salud y el crecimiento. Las vitaminas no se emplean como material en construcción ni como fuente de energía y en la mayoría de los casos son sintetizados por los vegetales. El contenido de vitaminas de los alimentos oscila notablemente según las condiciones de producción, almacenamiento y preparación culinaria de los mismos. En los adultos sanos, rara vez se presenta un déficit vitamínico, pues las cantidades necesarias de vitaminas son muy pequeñas. Por este motivo, la utilización adicional de vitaminas sólo será necesaria cuando exista un balance vitamínico negativo debido a:

C. Esteroides Que tienen una estructura básica llamada: CICLOPENTANOPERHIDROFENANTRENO. El principal esteroide es el colesterol, del cual derivan otras sustancias como la vitamina D, las sales biliares y las hormonas sexuales.

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.

• Insuficiente aporte de vitaminas. • Demanda vitamínica aumentada. • Absorción reducida de vitaminas. DESCUBRIDOR El término vitamina fue creado por Casimir Funk (1911) para designar una sustancia aislada de la corteza de arroz que protegía contra la Beri - Beri. IMPORTANCIA • Actúan como cofactores enzimáticos. (Complejo B y Vitamina C). • Constituyen importantes factores del crecimiento. • Participan en la coagulación sanguínea (Vitamina K). • Son componentes de pigmentos visuales (Vitamina A). • Estimulan la absorción de calcio (Vitamina D). • Protegen las membranas celulares (Vitamina E).

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Biología - 5to Sec.

CLASIFICACIÓN Se dividen en 2 tipos:

Liposolubles Se absorven en presencia de grasa, a nivel del tracto digestivo. La estructura química de todas ellas es similar. Estas vitaminas son: A, D, E y K.

Hidrosolubles Son fácilmente absorbidas, su estructura química es distinta, entre ellas sirven como coenzimas a las reacciones enzimáticas. Estas vitaminas son: complejo B y vitamina C.

La leche es un líquido nutritivo de color blanquecino, producido por las hembras de los mamíferos (incluidos los monotremas). Esta capacidad de las hembras es una de las características que definen a los mamíferos. La principal función de la leche es la de alimentar a los hijos hasta que sean capaces de digerir otros alimentos: es el único alimento de las crías de los mamíferos (del niño de pecho en el caso de los seres humanos) hasta el destete. La leche de los mamíferos domésticos es un producto de consumo corriente en la inmensa mayoría de las civilizaciones humanas: leche de vaca principalmente, pero también de oveja, de cabra, de yegua, de camella, de dromearia, etc. La leche es la base de numerosos productos lácteos, como la mantequilla, el queso o el yogur. Numerosos subproductos de la leche son utilizados en las industrias agroalimentarias, químicas y farmacéuticas: leche concentrada, leche en polvo, caseína o lactosa. La leche de vaca se utiliza también en la alimentación animal. La leche está compuesta principalmente por agua, materia grasa, proteínas y calcio. En la mayoría de los países, el término “leche” sin otra precisión, designa la leche de vaca. Para la leche de otras especies, es normal precisar cuál. Llamamos también leche al jugo de ciertas plantas o frutos: leche de coco, leche de soya, leche de arroz, o leche de almendra. La leche de los mamíferos marinos, tales como las focas o las ballenas, es mucho más rica en grasas y nutrientes que la de los mamíferos terrestres. La leche es producida por las células secretoras de las glándulas mamarias o ubres (llamadas “pecho” en el caso de la mujer y “ubres” en los mamíferos domésticos). La leche secretada en los primeros días después del parto se llama el calostro. La leche contiene diferentes grupos de nutrientes. Las sustancias orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas) están presentes en cantidades más o menos iguales y constituyen la principal fuente de energía. Estos nutrientes se reparten en elementos constructores, las proteínas y en elementos energéticos, los glúcidos y los lípidos. La leche contiene también elementos funcionales, iones minerales (Ca, P, K, Na, Mg), vitaminas y agua. Su diversificada composición, en la que entran grasas (rica en ácidos grasos saturados, los triglicéridos), prótidos, (caseína, albúmina) y glúcidos (lactosa, azúcar específica de la leche) , la convierten en un alimento completo. Además, la leche entera de vaca es una importante fuente de vitaminas (vitaminas A, B, D3, E). La vitamina D es la que fija el fosfato de calcio a dientes y huesos, por lo que se hace especialmente recomendable a los niños.

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

Bioquímica III: Biomoléculas Orgánicas II:

3

Proteínas, Enzimas y Ácidos Nucleicos

Proteínas

IMPORTANCIA BIOLÓGICA

DEFINICIÓN

A. Estructural

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 polímeros de unas pequeñas moléculas que reciben el nombre de aminoácidos y serían por tanto los monómeros unidad. Los aminoácidos están unidos mediante enlaces peptídicos. Son las sustancias que componen las estructuras celulares y las herramientas que hacen posible las reacciones químicas del metabolismo celular. En la mayoría de los seres vivos (a excepción de las plantas que tienen más celulosa) representan más de un 50% de su peso en seco. Una bacteria puede tener cerca de 1000 proteínas  diferentes, en una célula humana puede haber 10000 clases de proteínas  distintas.

 La tensión de la piel y huesos se debe a la presencia de una proteína llamada colágeno.  Por otro lado, la elastina es una proteína más elástica que permite a tejidos como arterias y pulmones la posibilidad de estirarse sin causar daño. Estos dos extremos ilustran la enorme versatilidad de propiedades físicas que muestran las proteínas.  Las glucoproteínas que forman parte de las membranas.  Las histonas que forman parte de los cromosomas.  La queratina de la epidermis. B. Enzimática Son las más numerosas y especializadas. Actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas. C. Hormonal Las proteínas están encargadas también de la regulación y control de muchos de los procesos biológicos. Por ejemplo, muchas hormonas son proteínas.

 Insulina y glucagón  Hormona del crecimiento  Calcitonina  Hormonas tropas

Importancia biológica estructural

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Biología - 5to Sec. AMINOÁCIDOS

Hemoglobina

Es la molécula básica en la estructura de las proteínas. Son moléculas orgánicas pequeñas con un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH).  Las otras dos valencias del carbono se saturan con un átomo de H y con un grupo variable denominado radical R. Extremo carboxilo

COOExtremo amino

N+H3

D. Defensiva El sistema inmune, responsable de defendernos contra organismos foráneos, requiere de la precisa interacción de cientos de proteínas. Un tipo de proteínas del sistema inmune son los anticuerpos que proveen la llamada respuesta humoral.

 Inmunoglobulina  Trombina y fibrinógeno

C

H

R Cadena lateral La gran cantidad de proteínas que se conocen están formadas únicamente por 20 aminoácidos diferentes. Se conocen otros 150 que no forman parte de las proteínas.

E. Transporte Por ejemplo, el oxígeno que respiramos es transportado en la sangre al resto del organismo por una proteína llamada hemoglobina.

 Hemocianina  Citocromos F. Reserva

 Ovoalbúmina, de la clara de huevo.  Gliadina, del grano de trigo.  Lactoalbúmina, de la leche. Superior = aminoácidos hidrófobos Intermedio = aminoácidos polares Inferior izquierda = aminoácidos ácidos Inferior derecha = aminoácidos básicos.

ENLACE PEPTÍDICO

Importancia biológica de reserva

Los péptidos están formados por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico. 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.

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Biología - 5to Sec. 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.

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.

A. Estructura Primaria La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Es la más importante, los aminoácidos se ordenan como las perlas de un collar. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte. Un cambio de un solo aminoácido puede producir grandes cambios biológicos.

E. Estructura Terciaria La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma, originando una conformación compacta. Es mantenida principalmente por débiles fuerzas interatómicas (fuerzas de Van der Waals) y puentes disulfuros. En definitiva, es la estructura primaria la que determina cuál será la secundaria y por tanto la terciaria. Esta conformación compacta facilita la solubilidad en agua y así realiza funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etc.

B. 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 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 alfa hélice. 2. La conformación hoja plegada.

E. Estructura Cuaternaria

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.

Esta estructura informa de la unión, mediante enlaces débiles ( no covalentes) 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 hemoglobina, o muchos como la cápsida del virus de la poliomielitis, que consta de 60 unidades proteicas.

β laminar 32

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Biología - 5to Sec. Enzimas

CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Se clasifican en:

DEFINICIÓN

1. 2.

Las reacciones químicas en sistemas biológicos raramente ocurren en ausencia de un catalizador. Estos catalizadores se denominan enzimas. Las enzimas son biocatalizadores y son casi en su totalidad moléculas de naturaleza proteica Un catalizador es una sustancia que acelera una reacción química hasta hacerla instantánea o casi instantánea.

Proteínas Simples u Holoproteínas Formadas solamente por aminoácidos. Proteínas conjugadas o heteroproteínas Formadas por una fracción proteínica y por un grupo no proteínico, que se denomina "grupo prostético".

HOLOPROTEÍNAS Son compactas. * Prolaminas: Zeína (maíz), gliadina (trigo), hordeína (cebada). * Gluteninas: Glutenina (trigo), orizanina (arroz). * Albúminas: Seroalbúmina (sangre), ovoalbúmina (huevo), lactoalbúmina (leche). * Hormonas: Insulina, hormona del crecimiento, prolactina, tirotropina. * Enzimas: Hidrolasas, Oxidasas, Ligasas, Liasas, Transferasas, etc.

Globulares

Son alargadas * Colágenos: en tejidos conjuntivos y cartilaginosos. * Queratinas: en formaciones epidérmicas: pelos, uñas, plumas y cuernos. * Elastinas: en tendones y vasos sanguíneos. Fibroínas: en hilos de seda (arañas e insectos).

Fibrosas

HETEROPROTEÍNAS

Glucoproteínas

Lipoproteínas

Nucleoproteínas

Cromoproteínas

PROPIEDADES  El reconocimiento de la enzima con el reactivo a procesar (denominado sustrato) es altamente específico.  No sufren modificaciones químicas irreversibles durante la catálisis. Es decir que luego de la reacción enzimática, las moléculas de enzimas que reaccionaron son indistinguibles de las que no lo han hecho, (la estructura de la molécula se mantiene, al principio y al final de la reacción, exactamente igual). CARACTERÍSTICAS DE LA ACCIÓN ENZIMÁTICA La característica más sobresaliente de los enzimas es su elevada especificidad. Ésta es doble y explica que no se formen subproductos. 1. Especificidad de sustrato. El sustrato (S) es la molécula sobre la que el enzima ejerce su acción catalítica. 2. Especificidad de acción. Cada reacción está catalizada por un enzima específico. La acción enzimática se caracteriza por la formación de un complejo que representa el estado de transición.

* Ribonucleasa * Munoproteínas * Anticuerpos * Hormona Luteinizante

E+S

* Humoglobina, hemocianina, mioglobina, transportan oxígeno. * Citocromos, que transportan electrones.

E+P

Donde enzima (E), sustrato (S) y el producto (P).

* De alta, baja y muy baja densidad, transportan lípidos en la sangre. * Nucleosomas de la cromatina. * Ribosomas.

ES

Secuencia de una reacción enzimática: 1. La enzima está disponible, con su sitio activo libre. 2. El sustrato se une a la enzima. 3. El sustrato es pro-cesado (hidrólisis en este ejemplo). 4. Los productos de la reacción son liberados.

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Biología - 5to Sec. Luego, en 1874 el científico francés Piccard halló las bases púricas: adenina y guanina, en el líquido seminal de los salmones. Por su parte Kossell, en las levaduras, descubre que existen carbohidratos relacionados con los ácidos nucleicos. En 1950, Chargaff estudió la composición de las bases nitrogenadas del ADN. Por otro lado, Wilkins trabajó en la dispersión de los rayos X sobre el ADN; estas últimas investigaciones facilitaron que en 1953 Watson y Crick presentaran sus trabajos acerca de la formación en "doble hélice en espiral".

El sustrato se une al enzima a través de numerosas interacciones débiles como son: puentes de hidrógeno, electrostáticas, hidrófobas, etc., en un lugar específico, el centro activo. Este centro es una pequeña porción del enzima, constituido por una serie de aminoácidos que interaccionan con el sustrato.

En la actualidad se ha conseguido terminar los primeros estudios completos acerca del genoma humano, pero aún no conocemos cuáles serán los eventos que esperan ser descubiertos a consecuencia de estas investigaciones.

Algunas enzimas actúan con la ayuda de estructuras no proteicas. En función de su naturaleza se denominan: 1. Cofactor. Cuando se trata de iones o moléculas inorgánicas. 2. Coenzima. Cuando es una molécula orgánica. Aquí se puede señalar, que muchas vitaminas funcionan como coenzimas; y realmente las deficiencias producidas por la falta de vitaminas responden más bien a que no se puede sintetizar un determinado enzima en el que la vitamina es el coenzima.

DEFINICIÓN Son las sustancias de mayor complejidad en los seres vivos.

La Nucleína La primera noticia acerca de esta importantísima molécula se dio entre 1869 y 1870 cuando el médico alemán Friedrich Miescher, realizando el análisis de un leucocito o glóbulo blanco, que había obtenido al recolectar pus de una herida infectada de una de sus pacientes, descubrió una sustancia a la que en un primer momento llamó nucleína donde encontró fósforo.

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Se les encuentra en el núcleo de una célula, aunque también en organoides del citoplasma como los ribosomas, las mitocondrias y los cloroplastos. a) Estructura Molecular: Sus monómeros se denominan nucleótidos, los que están conformados por un azúcar de 5 carbonos o pentosa, una molécula de ácido fosfórico y una base nitrogenada. Los nucleótidos se unen entre sí por enlaces fosfodiéster.

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Biología - 5to Sec. b) Funciones Biológicas de la molécula de ADN:

 Almacena la información hereditaria.



 Transmite la información de los caracteres



hereditarios, debido a la capacidad m o l e c u l a r de la autoduplicación. Los progenitores pueden transmitir una copia de su información genética heredable, así continuará la vida, generación tras generación.

 Permite evolucionar a los seres vivos, pues cuando

se copian o se trasmiten los ácidos nucleicos, pueden ocurrir errores o accidentes, los cuales se manifiestan en las características de los organismos, aumentado su variabilidad y con ella la variedad de los seres vivos.



 La síntesis de ADN permite transmitir genes.



 La síntesis de proteína permite expresar los genes.

 Espiraladas: Una cadena se enlaza con la otra, dando la apariencia de ser una “escalera de caracol”.  Polimerización: Consiste en la reunión de miles de nucleótidos a través de enlaces fosfodiéster.  Enlace Fosfodiéster: Es el enlace representativo de los ácidos nucleicos, que resulta de la reacción entre el ácido fosfórico de un nucleótido y el grupo oxhidrilo de la pentosa del otro nucleótido adyacente, esto da la formación y liberación de una molécula de agua. El enlace queda formado entre los carbonos 3’ y 5’.

Polimerización Consiste en la reunión de miles de nucleótidos a través de enlaces fosfodiéster. Enlace Fosfodiéster Es el enlace representativo de los ácidos nucleicos que resulta de la reacción del ácido fosfórico de un nucleótido, con el grupo oxidrilo de la pentosa de otro nucleótido adyacente, esto da la formación y liberación de una molécula de agua. El enlace queda formado entre los carbonos 3' y 5'.

Nucleótido Es la unidad estructural o monomérica de los ácidos nucleicos. Está constituida por la unión de una base nitrogenada que puede ser una purina o una pirimidina, un azúcar pentosa y un ácido fosfórico. CLASIFICACIÓN Son las sustancias de mayor complejidad en los seres vivos. Se les encuentra en el núcleo de una célula, aunque también son organoides del citoplasma como los ribosomas, las mitocondrias y los cloroplastos.

Ejemplo: Así como se forman las cadenas polinucleotídicas de estas moléculas, las cuales exponen sus extremos 5' y 3'.

A. Ácido Desoxirribonucleico o ADN o DNA Contiene el código genético del individuo, son macromoléculas constituidas por dos cadenas de desoxirribonucleótidos. En 1953 James Watson y Francis Crick propusieron las estructuras en doble hélice para el ADN.

Características del ADN Biomolécula constituida por dos cadenas de polidesoxirribonucleótidos, que son antiparalelas entre sí, complementarias y están espiraladas.  Antiparalelas: Sus uniones 3’ - 5’ fosfodiéster se encuentran en direcciones opuestas, es decir mientras que una cadena ‘‘sube’’, la otra cadena ‘‘baja’’.  Complementarias: Las cadenas son diferentes, por ejemplo: donde hay una adenina, en la otra cadena al mismo nivel existe una timina; si hubiera una citosina, en la otra cadena existiría guanina, entre la adenina y la timina se establecen 2 puentes de hidrógeno, mientras que entre la citosina y guanina se establecen 3 puentes.

Importancia del ADN El ADN es la molécula que porta y transporta la información genética de cada uno de los seres vivos, dicha información es transmitida a la siguiente generación para que los nuevos individuos exhiban caracteres recombinados (variabilidad genética).

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Biología - 5to Sec. Durante la división celular, el ADN experimenta una previa duplicación, ambas cadenas se disocian y cada una de las cadenas sueltas sirve como un molde para la síntesis de las nuevas cadenas complementarias, a este complejo proceso se le conoce con la denominación de propiedad semiconservativa.

3. ARN de transparencia (ARNt) Presente en un promedio del 10 - 15%. Molécula que posee una configuración en forma de hoja de trébol. Acepta y transporta aminoácidos hacia los ribosomas en la síntesis proteica. Existe por lo menos un ARNt para cada uno de los aminoácidos de nuestras cadenas polipeptídicas.

Importancia biológica El ARN es el portador ‘‘copia’’ de la información presente en el ADN. Específicamente el ARN mensajero, al ser ‘‘traducido’’ por los ribosomas, sintetiza las proteínas que serían utilizadas en la construcción de alguna estructura o función celular.

Estructura E s t á m o l é c u l a ex h i b e u n a s o l a c a d e n a d e polirribonucleótidos, constituidos por: a) Bases nitrogenadas:  Purinas: Adenina (A) y Guanina (G).  Pirimidinas: Citosina (C) y Uracilo (U). b) Azúcar pentosa: Ribosa Bases nitrogenadas

c) Ácido fosfórico: Ácido fosfórico

B. Ácido Ribonucleico o ARN o RNA Son macromoléculas constituidas por ribonucleótidos, expresan los genes en la síntesis de proteínas, que consta de dos procesos consecutivos: la transcripción y la traducción. A pesar de saber de la existencia de por lo menos 6 variedades, se estudian básicamente tres tipos de ARN.

1. ARN Mensajero (ARNm)

Cromatina y Cromosomas Un cromatina es una molécula de ADN muy larga que contiene una serie de genes. Un cromosoma está formado por dos cromátidas idénticas en sentido longitudinal. En cada uno de ellos hay un nucleofilamento de ADN replegado idéntico en ambas cromátidas. Por lo tanto podemos decir que cromatina y cromosoma es lo mismo, y el cromosoma sería un paquete de cromatina muy compacto.

Presente en un promedio del 5 al 10%. Se forma a partir del ‘‘molde’’ del ADN (transcripción). Es una molécula de conformación lineal constituída por ribonucleótidos con una secuencia de bases nitrogenadas, donde cada tres bases consecutivas reciben el nombre de codon y forman el código genético. El ARNm es copia de la información del ADN.

ATCG

2. ARN Ris ómico (ARNr) Se encuentra presente en un promedio de 75 - 80%. Es una molécula de conformación globular, presente en los ribosomas y se encuentra asociado a proteínas globulares. El ARNr llega a los ribosomas para ser ‘‘leído’’ (traducción). 36

ADN

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Biología - 5to Sec. CUADRO COMPARATIVO ENTRE EL ADN Y EL ARN Caracteres

adn

Pentosa Bases Nitrogenadas

Desoxirribosa

Ribosa

Adenina Guanina Citocina Timina

Número de cadenas

arn

Adenina Guanina Citocina Uracilo

2 (Bicatenario)

1 (Unicatenario)

Función

Almacena la información biológica de los seres vivos.

Permite la expresión de la información biológica.

Ubicación

Nucleolo, mitocondria, cromatina, cloroplasto, cromosoma.

Nucleolo Ribosoma

Estructura

Doble hélice

Lineal, trébol, globular.

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR Conjunto de procesos biológicos, que tiene por finalidad la síntesis de proteína, y que tiene como participantes a los ácidos nucleicos y las interacciones que entre ellos ocurren.

Dogma Central Enunciado inicialmente por Watson y Crick, establece que:  El ADN es capaz de autorreplicarse, es decir formar nuevas copias de sí mismo. Siendo este evento el más importante dentro del proceso, ya que de él depende la fidelidad de la información de las células madres a las células hijas.  El ADN es capaz de transmitir información genética al ARN, sintetizando una molé-cula de ARN a partir de una cadena de ADN. A este proceso se le bautizó con el nombre de transcripción.  El ARN es capaz de expresar la información genética recibida del ADN en forma de proteínas, de este proceso se le conoce como traducción.

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ARN Mensajero El ARN mensajero es una cadena simple, muy similar a la del ADN, pero difiere en que el azúcar que la constituye es ligeramente diferente (se llama ribosa, mientras que la que integra el ADN es desoxirribosa). Una de las bases nitrogenadas difiere en el ARN y se llama uracilo, sustituyendo a la timina.

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Biología - 5to Sec. CÓDIGO GENÉTICO Se entiende por código genético al "Alfabeto Químico" que posee todo organismo del planeta, en donde se reúnen una serie de nucleótidos de ARN o también denominados "codones", los cuales, a su vez guardan una correspondencia especial con determinados aminoácidos (aa), los cuales al reunirse constituirán a una proteína específica. Las proteínas que logren formarse habrán de ser utilizadas con fines: estructurales, inmunológicos, hormonales, enzimáticos, contráctiles, etc.

SEGUNDA BASE NITROGENADA U

C A

G

U

Fenilalanina Fenilalanina Leucina Leucina

Serina Serina Serina Serina

Tirosina Tirosina Alto Alto

Cisteina Cisteina Alto Triptófano

U C A G

C

Leucina Leucina Leucina Leucina

Prolina Prolina Prolina Prolina

Histidina Histidina Glutamina Glutamina

Arginina Arginina Arginina Arginina

U C A G

A

Isoleucina Isoleucina Isoleucina Metionina

Treonina Treonina Treonina Treonina

Asparagina Asparagina Lisina Lisina

Serina Serina Arginina Arginina

U C A G

G

Valina Valina Valina Valina

Alanina Alanina Alanina Alanina

Ac. Aspártico Ac. Aspártico Ac. Aspártico

Glicina Glicina Glicina Glicina

U C A G

Ac. Glutamático

TERCERA BASE NITROGENADA

PRIMERA BASE NITROGENADA



Una enzima es una biomolécula capaz de catalizar (aumentar la rapidez) una reacción química. Su nombre proviene del griego énsymo (dentro de la levadura). Las enzimas son proteínas, algunos fragmentos de ARN también tienen capacidad de catalizar reacciones relacionadas con la replicación y maduración de los ácidos nucleicos, dichos fragmentos se denominan ribozimas. Para ejercer su actividad las enzimas requieren a menudo moléculas auxiliares, que se ubican en el centro activo de la enzima; en el caso de moléculas orgánicas reciben el nombre de coenzimas, mientras que si son iones metálicos (generalmente oligoelementos) se llaman cofactores. El conjunto enzima + cofactor o coenzima se denomina holoenzima, mientras que la parte proteica propiamente dicha se conoce como apoenzima. Usualmente las llamadas coenzimas no son simples auxiliares de las enzimas sino verdaderos sustratos de las reacciones, pero que a diferencia del sustrato principal se regeneran fácilmente mediante reacciones simples. Las enzimas son esenciales para la vida ya que, de otra forma, las reacciones en las células se darían con poca rapidez. Una malfunción en una enzima, provocada por una sobreproducción o subproducción, mutación, deleción, etc., puede provocar enfermedades como la fenilcetonuria.

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

Citología I:

4

Membrana Celular

1. Importancia La célula, como unidad de la materia animada, es la organización más pequeña con vida, capaz de realizar las funciones conforme lo cumple el organismo del cual forma parte, ya sea un organismo unicelular o pluricelular. En otras palabras, si conocemos cada vez mejor a la célula, se podrá entender el correcto funcionamiento de todos los seres vivos. 2. ETIMOLOGÍA

La membrana celular o membrana plasmática es una frontera flexible y protectora que rodea el exterior de la célula y permite que algunas sustancias la crucen en ambos sentidos, pero impide el paso de otras. Esta membrana tiene 2 capas de fosfolípidos que le dan flexibilidad. Las proteínas distribuidas por esa doble capa tienen otras funciones, como transportar alimentos y otras sustancias a través de la membrana.

La palabra célula proviene de dos voces: GRIEGO : KYTOS = Célula LATÍN : CELLULA = Espacio vacío.

3. LA TEORÍA CELULAR Fue formulada aproximadamente por los años 1838 -1839 y tiene como autores a dos biólogos importantes: Matthias Schleiden y Theodor Schwann, los cuales observaron al microscopio la presencia de células en tejido animal y vegetal.

Nota

Esta teoría señala lo siguiente: a) Cada organismo vivo está formado por una o más células. b) Los organismos más pequeños son células únicas y las células son las unidades funcionales de los organismos multicelulares. c) Toda célula proviene de otra preexistente.

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Célula (del latín cellula =cámara, celda, espacio vacío)

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Biología - 5to Sec. 4. definición de célula

5.2 Por su forma

Es la unidad anatómica, funcional y genética de los seres vivos.

 Cúbicas Hepatocitos

4.1 Anatómia Forma parte de los seres vivos, ya sean éstos unicelulares o multicelulares. 4.2 Funcional

 Estrelladas Neuronas  Planas

Cumple una función específica en los organismos, ya sea en forma conjunta o individual. 4.3 Genética Las características o rasgos hereditarios que lleva cada organismo se deben al material genético (ADN) que contiene cada célula. También se le puede definir como la mínima unidad que tiene vida, capaz de realizar funciones tal como lo cumple el organismo del cual forma parte, ya sea un organismo unicelular o pluricelular.

5. CLASIFICACIÓN CELULAR Son muchos los criterios que se toman en cuenta para reunir a las células. Es así que tenemos: 5.1 Por su tamaño

Células epiteliales.  Fusiformes Células musculares

5.3 Por su nutrición  Autótrofas Son aquellas que tienen la capacidad de sintetizar o producir sus propios nutrientes, es decir, obtienen su energía a partir de moléculas inorgánicas. Ej.: plantas, algas o algunas bacterias.  Heterótrofas Aquellas que carecen de la capacidad de sintetizar sus propios nutrientes, es decir, obtienen su energía a partir de moléculas orgánicas. Ej.: la mayoría de bacterias, hongos, protozoarios y animales.  

 Microscópicas Cuyo tamaño oscila entre 0,12µ y 100µ ; sólo son observables al microscopio. Ejemplo: la mayoría de las células animales y vegetales, bacterias, protozoarios, etc.  Macroscópicas Aquellas cuyo tamaño es mayor que 100µ; son visibles a simple vista debido a que son mayores que la décima parte de 1 mm. Ejemplo: Yema del huevo de las aves. 5.4 Por su complejidad  Procariotas Características: - Su organización estructural es más sencilla. - Carecen de envoltura nuclear, es decir, el material genético está disperso en el citoplasma. - Sólo presentan ribosomas.

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Biología - 5to Sec.  Eucariotas

 La pared celular

Características:

Se define como un agregado supramolecular homogéneo glucosídico, presente en las siguientes células:

- Su organización estructural es más compleja. - El material genético (ADN) está protegido por el núcleo. - Presentan diversos tipos de organelas como: ribosomas, cloroplastos, mitocondrias, etc. Ejemplo: hongos, animales, plantas, etc.

• Algas

• Hongos • Vegetales

En las algas, la composición química de su pared es de tipo celulósica, mientras que en los hongos es de tipo quitinosa; con respecto a la pared celular de los vegetales es también de tipo celulósica, aunque presenta otros constituyentes como lignina, suberina, etc. 5.5 Por su respiración  Anaeróbicas Aquellas que no necesitan de oxígeno para cumplir con su metabolismo. Ejemplo: las bacterias homolácticas y las levaduras.

Debido a la complejidad de cada tipo de pared celular, nos ocuparemos solamente de las características de la pared celular de la célula vegetal.

 Aeróbicas Les es indispensable el oxígeno para transformar sus nutrientes y obtener energía. Ejemplo: célula vegetal y animal. 6. estructura de la célula eucariota Analizando cuidadosamente la arquitectura biológica de la célula, se reportó las siguientes estructuras:



• Envoltura • Membrana

• Citoplasma • Núcleo

6.1 Envolturas Entendemos por envolturas a las cubiertas presentes en la mayoría de las células. Estas cubiertas cumplen diversas funciones como: brindar la forma celular, protección, reconocimiento, etc. Asimismo, la composición química de estas estructuras es diferente dependiendo de la célula. Entre estas envolturas tenemos: 44

Funciones La pared celular le proporciona a la célula: 1) Protección y sostén mecánico. 2) La forma geométrica típica en vegetales. 3) Interviene en la presión osmótica intracelular y la tendencia de penetrar agua en la célula: turgencia. 4) Intercambio de sustancias a través de puentes citoplásmicos como son: los plasmodesmos y las punteaduras. Si notamos, la celulosa es el compuesto químico más abundante e importante, se le encuentra en las hojas de esta guía, en la ropa que llevamos puesta, en la carpeta y pizarra que utilizamos, etc.

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Biología - 5to Sec.  El Glucocálix

 Mosaico fluido

Se denomina así a las moléculas de glúcidos y péptidos que se proyectan sobre la membrana celular. Sus funciones son:

En 1972 S.J. Singer y G.L. Nicholson propusieron un modelo de estructura de membrana que sintetizaba las propiedades conocidas de las membranas biológicas.

• Adhesión celular. • Reconocimiento celular (antígenos celulares). • Son moléculas receptoras en la superficie celular.

Según este modelo del Mosaico fluido, de gran aceptación hasta la actualidad, las membranas constan de una bicapa en la cual están inmersas diversas proteínas.

• Bicapa lipídica. Conocemos que los fosfolípidos

presentan la particularidad de asociarse con el agua lo cual permite la formación de capas dobles, indicando sus características anfipáticas.

6.2 Membrana plasmática En este punto específicamente resaltaremos el estudio de la membrana de superficie o membrana plasmática, aun a sabiendas que en el interior de la célula existen otras membranas que forman parte de las organelas. Las bicapas lipídicas presentan una característica muy importante, la cual es comportarse como cristales líquidos en determinadas condiciones.

 Definición

 Proteínas de membrana

La membrana plasmática es considerada como un agregado supramolecular heterogéneo lipoproteico, presente en todas las células, tanto procarióticas como eucarióticas.

Actualmente se sabe que la mayoría de las proteínas son de tipo globular, esto indica que son bastante voluminosas, al punto de encontrarse tanto en la superficie externa como interna de la bicapa lipídica. Existen dos tipos de proteínas de membranas: Integrales y periféricas.

 Composición química Desde el siglo pasado los científicos han analizado los componentes de la membrana plasmática realizando diversos ensayos para obtener esta estructura de manera aislada.

• Proteínas integrales. Se disponen en la región

El mejor ejemplar, en cuanto a la facilidad de la obtención de la membrana, es el glóbulo rojo, el cual al ser sometido a concentraciones hipotónicas, primero “sufre” una hinchazón y luego la pérdida del contenido de hemoglobina (hemólisis), mostrando:

• Proteínas periféricas. Son las que se disponen

52% proteínas

–

40% lípidos –

8% glúcidos

hidrófoba de la bicapa lipídica, otras atraviesan toda la membrana. A estas proteínas también se les denomina transmembranosas. superficialmente, ellas pueden ser removidas sin alterar la condición de la bicapa. Estas proteínas generalmente se unen a regiones expuestas de proteínas integrales.

La disposición de las proteínas en la bicapa lipídica no es igual en la capa superior con respecto a la capa inferior, por lo tanto existe una Asimetría de Membrana.

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Biología - 5to Sec. 6.3 Funciones

1. Transporte Pasivo

 Mosaico fluido

Ocurre con el pasaje de solutos (sustancias disueltas) o solventes de una región de mayor concentración a otra de menor concentración, a través de la membrana semipermeable. Este transporte se realiza sin gasto de energía.

Propuesto por Singer y Nicholson en 1972. Es el modelo más aceptado. Sostiene que: - Los lípidos y proteínas se disponen en una especie de mosaico. - Lípidos y proteínas pueden realizar movimientos de traslación en la bicapa. Tanto lípidos como proteínas son moléculas Anfipáticas, debido a la presencia de grupos hidrofílicos e hidrofóbicos dentro de las mismas moléculas.

1.1 Difusión simple Es el movimiento de moléculas desde zonas de alta hacia baja concentración, a través de la bicapa lipídica o a través de proteínas canal, que constituyen los poros celulares, por ellos se difunden moléculas hidrosolubles, como los solutos que tienen un tamaño y carga adecuada. 1.2 Ósmosis Es el movimiento de moléculas de agua a través de la membrana, basado en la gradiente de concentración. El movimiento de las moléculas de agua es regulado por la concentración de solutos. 1.3 Diálisis Es la difusión de solutos a través de la membrana diferencialmente permeable. Ejemplo: La diálisis renal, que retiene a glóbulos sanguíneos, proteínas plasmáticas y otras moléculas, en cambio elimina a los productores de desecho.

 Funciones La membrana celular se comporta como una barrera biológica, es decir, fundamentalmente se encarga de la selección de sustancias que beneficien el correcto metabolismo de sus células.

• Semipermeabilidad (permeabilidad selectiva). Se realiza mediante el concurso de orificios o poros de membrana, que escogerán las moléculas convenientes para una u otra función celular, manteniendo un equilibrio (Homeostasis).

• Compartimentalización. La membrana citoplasmática establece una delimitación entre el espacio extracelular y el espacio intracelular. En este último caso, inclusive existen “laberintos” membranosos internos. • C omunicación. A través de microvellosidades, desmosomas o nexus.

Transporte de Sustancias

Los fosfolípidos son un tipo de lípidos iónicos, compuestos por un glicerol, al que se le unen dos ácidos grasos (1,2-diacilglicerol) y un grupo fosfato. El grupo fosfato se une mediante un enlace fosfodiéster, otro grupo de átomos, que frecuentemente contienen nitrógeno, como colina, serina o etanolamina y muchas veces posee una carga eléctrica. Todas las membranas celulares poseen una capa doble de fosfolípidos. El carácter anfipático de los fosfolípidos les permite su autoasociación a través de interacciones hidrofóbicas entre las porciones de ácido graso de cadena larga de moléculas adyacentes de tal forma que las cabezas polares se proyectan fuera, hacia el agua donde pueden interaccionar con las moléculas proteicas y la cola apolar se proyecta hacia el interior de la bicapa lipídica.

Las funciones de la membrana están en relación con el transporte de sustancias (permeabilidad), el cual es fundamental para la fisiología de la célula, pues condiciona la entrada de ciertas sustancias benéficas para la célula y también la salida de agua y productos de excreción, que se realizan bajo dos modalidades, llamadas transporte pasivo y activo. 46

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Biología - 5to Sec. 2. TraNSporte activo

2.2 Transporte en masa

Es el movimiento de iones y metabolitos en contra de la gradiente de concentración a través de la membrana semipermeable, esto implica un gasto de energía.

Es el movimiento de solutos, macromoléculas y partículas mediante la formación de vesículas rodeadas por una membrana o la fusión de vesículas con la membrana citoplasmática. El transporte en masa consume ATP y se presenta en dos formas:

Una fuente importante de energía metabólica que impulsa el transporte activo es el ATP, el cual es hidrolizado por ATPasa transmembranal que cataliza la liberación de la energía cuando el ATP se desfosforila a ADP. Estas enzimas, unidas a la membrana, actúan como bombas, que suministran energía para trasladar sustancias de la membrana hacia su concentración más alta.

2.1 Bomba Sodio - Potasio

 Endocitosis Proceso de ingreso de sustancias encerradas en una pequeña porción de membrana citoplasmática. Se distinguen dos tipos de endocitosis dependiendo del tamaño de la vesícula formada, lo que refleja la naturaleza de la sustancia introducida. El ingreso de líquidos, mediante la formación de pequeñas vesículas (pinosomas), se llama Pinocitosis. La ingestión de partículas grandes o microorganismos con la formación de vesículas grandes (fagosomas) se denomina Fagocitosis. Las vesículas formadas por ambas formas también se denominan vesículas endocíticas. La endocitosis mediada por un receptor es un proceso de transporte de gran variedad de sustancias como hormonas, colesterol, virus y toxinas.

 Exocitosis Este proceso consta de una proteína específica localizada en la membrana, que utiliza ATP para intercambiar iones de sodio del interior de la célula por iones de potasio de su exterior, esto motiva un desequilibrio en la concentración de los iones en los lados opuestos de la membrana.

Proceso de vesículas intracelulares con un contenido de moléculas. Se fusiona con la membrana citoplasmática creando una abertura a través de la cual las moléculas son liberadas hacia el medio extracelular. La membrana de la vesícula queda integrada a la membrana celular.

La célula humana más pequeña es la célula espermatozoide, tiene unos pocos micrómetros de ancho (1/12,000 de una pulgada) mientras que las células más largas, las neuronas, que corren desde la punta del dedo gordo del pie hasta la columna vertebral, son de más de un metro de largo en un adulto promedio

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

Citología II: Citoplasma y Núcleo

Citoplasma 1. definición Es el medio interno de la célula comprendido por detrás de la membrana plasmática y delante de la membrana nuclear. El citoplasma es una sustancia de naturaleza coloidal debido a la diversidad de moléculas disueltas como son: proteínas, glúcidos, lípidos, ácidos nucleicos, iones y sales. Todos estos biocompuestos están dispersos en agua, que resulta ser el componente más abundante (85% del volumen citoplásmico).

5

3. estructura citoplasmática Para su mejor estudio el citoplasma se ordena en cuatro secciones: • Matriz citoplasmática • Sistema de endomembranas • Organelas • Inclusiones citoplásmicas 3.1 Matriz citoplasmática El Citoplasma se presenta como una sustancia amorfa y homogénea, a la cual de manera general se le denomina citoplasma fundamental, en el que se encuentra una serie de corpúsculos componentes del metabolismo celular. • La porción o región más periférica del citoplasma se conoce como ectoplasma, corteza o citogel, que es relativamente más rígida y carece de organelas. • La porción o región más interna del citoplasma se conoce como endoplasma, médula o citosol, que presenta menor viscosidad y contiene diversas organelas.

2. IMPORTANCIA La existencia de la célula depende del conjunto de reacciones que se cumplen en el citoplasma. Ejemplo: • Glucólisis: degradación de la glucosa. • Síntesis de proteínas: elaboración de las proteínas. • Digestión: rompimiento de los nutrientes. • Excreción: eliminación de etabolitos. • Reproducción: formación de células hijas, etc. • Motilidad: elementos para el movimiento, etc.

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Biología - 5to Sec. 3.2 Organelas Son los microcuerpos o corpúsculos subcelulares encargados de realizar diversas actividades específicas relacionadas con el metabolismo celular. Existen discrepancias en cuanto a la denominación de organelas y/u organoides, en realidad estos términos quedan de lado cuando la célula inicia y mantiene sus actividades vitales.  Con una membrana

• Vacuolas: Se originan a partir de las vesículas del aparato de Golgi o del retículo endoplasmático. Son abundantes en las células vegetales y transitorias en las células animales. Contienen diversas sustancias como: agua, pigmentos, sales, glúcidos, vitaminas, hormonas, etc.

- Función. Fundamentalmente intervienen en el

balance hídrico celular, como en el caso de los protozoarios en el cual participan como una bomba contráctil o pulsátil.

Agrupa a las vescículas que contienen enzimas particulares, como son los citosomas. • Lisosomas (lisis: disolución; soma: cuerpo). Son vesículas que se originan a partir del complejo de Golgi, contienen diversas enzimas como son: fosfatasas, hidrolasas, nucleasas, lipasas, etc; todas ellas trabajando en un medio ácido. Presentan una membrana unitaria recubierta por una capa glucoproteica que evita la destrucción de esta membrana. - Función. Intervienen en la digestión intracelular, en la autofagia celular, para la renovación y recambio de los componentes celulares.

 Con dos membranas Se tiene como ejemplo a las mitocondrias y a los plastidios. • Mitocondrias. Adoptan formas esféricas o cilíndricas. La membrana interna se invagina formando las crestas mitocondriales, el espacio ente las crestas se denomina matriz mitocondrial.

- Función. Son las centrales energéticas de la célula

debido a que realizan el proceso de respiración celular, por medio de los eventos denominados: - Ciclo de Krebs (matriz mitocondrial) - Cadena respiratoria (crestas mitocondriales).

• Peroxisomas. Estas vesículas contienen enzimas como son: peroxidasas, catalasas, oxidasas, etc. El peróxido de hidrógeno (H2O2), una sustancia tóxica, resulta del metabolismo celular, por ello, la catalasa interviene degradándola. - Función. Participan en el metabolismo del peróxido de hidrógeno, cumpliendo un efecto protector sobre la célula. En las plantas interviene la fotorrespiración, proceso en el que cooperan con los cloroplastos. • Glioxisomas. Son vesículas que se originan en el retículo endoplásmico. Su contenido es amorfo. Almacena enzimas que participan en el ciclo del glioxilato, conjunto de reacciones que intervienen en la transformación de los triglicéridos en azúcares.

La presencia del ADN particular y de sus ribosomas le confiere la categoría de organela semiautónoma, por el hecho de elaborar sus propias proteínas y de multiplicarse por fisión simple.

• Plastidios. Son organelas que se originan a partir de los proplastidios. Se encuentran en las algas y plantas. Cumplen diversas funciones dependiendo de los componentes químicos que almacenan.

- Función. Los glioxisomas se forman durante el proceso de la germinación de las semillas, al degradar los acúmulos de lípidos en el endosperma o glúcidos. 52

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Biología - 5to Sec. - Cloroplastos (Cloros = verde).



Se caracterizan por presentar el pigmento clorofila contenido en los tilacoides, cuya reunión forma a las granas, sitio donde ocurre la fase luminosa de la fotosíntesis. El espacio interno que se denomina estroma, presenta las enzimas que intervienen en la fase oscura de la fotosíntesis. Presentan ADN circular y ribosomas, por lo tanto también son organelas semiautónomas. • Centriolos. Son cilindros huecos que se disponen perpendicularmente entre sí y cercanos al núcleo. Están formados por nueve tripletes de microtúbulos, donde cada microtúbulo está constituido por proteínas denominadas tubulinas. Presentes en células animales, algunos protozoarios y algas unicelulares.

- Cromoplastos (Cromos = color).



- Función. Durante el proceso de la división celular se

Son los responsables del color de los frutos y otras estructuras.

encagan de formar el huso acromático conteniendo a los cromosomas de la célula.

Ejemplos: * Caroteno: Pigmento anaranjado. Ejemplo: zanahoria. * Xantófila: Pigmento amarillo. Ejemplo: plátano. * Licopeno: Pigmento rojo. Ejemplo: Fresa.

- Leucoplastos (Leujkos = blanco). Son los plastidios presentes en la células cuyos tejidos no están expuestos a la luz solar. Son los centros de almacenamiento de sustancias de reserva. - Amiloplastos. Almacenan almidón. - Proteinoplastos. Almacenan proteínas. - Oloplastos. Almacena aceites.

3.3 Sistema de endomembranas Es un conjunto de membranas internas que abarcan gran parte del volumen celular. Estas membranas cumplen con las siguientes funciones:  Compartimentalización interna

 Sin membrana Estas estructuras celulares carentes de membrana se les ha considerado denominarlos organoides. • Ribosomas. Están constituidos por dos subunidades: mayor y menor, las cuales se han sintetizado en el nucléolo; químicamente están compuestos por ARN ribosómico y proteínas. Se asocian con el retículo endoplásmico (rugoso), con la superficie externa de la carioteca; están dispersos en el citoplasma y también presentes dentro de las mitocondrias y cloroplastos. - Función. Realizan el proceso de la traducción, parte de la síntesis de proteínas.

Divide a la célula formando una diversidad de compartimientos (lotización).  Transporte de sustancias Debido a su condición de trabéculas, ellas llevan diversas sustancias de una región a otra en la célula.  Biosíntesis de vesículas El desprendimiento extremo de estas organelas liberan pequeñas “bolitas” que luego almacenarán algunas sustancias específicas. Los componentes de este sistema son: - Golgisomas - Retículo endoplasmático

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Biología - 5to Sec. • Golgisoma (Aparato de Golgi o Golgisoma). Es una agrupación de sáculos discoidales o cisternas que derivan de invaginaciones de la carioteca o del retículo endoplasmático rugoso. – Función. Su principal función es encargarse de la secreción celular, biosíntesis de la pared celular, aumentar la superficie de la membrana plasmática, formación de lisosomas, biosíntesis de glucoproteínas (anticuerpos), transporte y almacenamiento de proteínas.

3.4 Inclusiones citoplasmáticas Son sustancias que resultan del metabolismo celular, pudiendo ser material de reserva energética o acumularse bajo la forma de estructuras en vesículas. La naturaleza de estas sustancias pueden ser orgánicas y/o inorgánicas, pueden estar presentes tanto en células animales como vegetales. - Célula animal. Glucógeno, acúmulos de grasa. - Célula vegetal. Cistolitos, rafidios, drusas.

Glucógeno • Retículo endoplasmático. Conjunto de trabéculas a manera de canales superpuestos, que están relacionados con la carioteca. Ocupa un gran espacio intracelular; dependiendo de su asociación o no con los ribosomas, pueden ser:

Drusas

Célula Animal

- R.E. rugoso. La presencia de ribosomas en su superficie le da un carácter arrugado o tachonado. Sintetizan proteínas externamente y luego lo trasladan a lugares de uso inmediato.  Célula Vegetal

El Núcleo 1. Importancia

- R.E. liso: No presenta ribosomas en su superficie. Se encarga en parte de la síntesis de los lípidos (ejemplo: hormonas sexuales). Acumulan sustancias formando sáculos que luego, al desprenderse, formarán a las vacuolas.

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Radica en comandar, dirigir, controlar y regular todas las actividades que realiza la célula; esto debido a la información que portan y protegen los ácidos nucleicos. Así mismo, es el corpúsculo evolutivo diferencial entre célula eucariótica y célula procariótica.

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Biología - 5to Sec. 2. definición

5. estructura nuclear

El núcleo es considerado la porción de la célula más importante, debido al almacenamiento del material genético de los organismos (e inclusive en los organismos procarióticos, a pesar de no presentar un núcleo definido) sobre el material genético o hereditario nos referimos al:

El núcleo se organiza o se compone de cuatro estructuras: a) Carioteca b) Cariolinfa c) Nucléolo d) Cromatina

• ADN. Principal almacén del código genético. • ARN. Especializado en la síntesis de proteínas. 3. Composición química El núcleo se caracteriza por presentar los siguientes componentes:

• Abundante ADN (90% del ADN celular). • ARN en menor concentración. • Glúcidos: monosacáridos (pentosas). • Proteínas: histonas, protaminas, enzimas. • Lípidos. • Sales minerales e iones.

4. características La forma, tamaño, ubicación y número depende del tipo de célula que se analice. 4.1 Célula vegetal

5.1 Carioteca (Kario = núcleo; teka = envoltura) También se le conoce como la envoltura nuclear o membrana nuclear, la cual separa el medio intranuclear del medio extranuclear (citoplasma). La carioteca está constituida por dos láminas interrumpidas por pequeños orificios o poros nucleares (annuli), a través de los cuales se realiza el intercambio de sustancias con el medio citoplasmático. Los poros nucleares están rodeados por ocho masas de cromatina periférica y una masa cromática central que regula el pasaje de sustancias, a todo esto se le denomina el complejo de poro.

El núcleo generalmente es único y de forma ovoide. En células adultas está desplazado hacia la periferia, cercana a la membrana plasmática y la pared celular, debido a la formación de la vacuola. 4.2 Célula animal El núcleo generalmente es de forma esférica, aunque puede adoptar diversas formas dependiendo de la célula. Suele presentarse un solo núcleo en algunas células, (uninucleadas) o varios (multinucleadas). Durante el proceso de la mitosis, el material genético se duplica, notándose un núcleo voluminoso en cada célula.

La cantidad de poros nucleares depende de la actividad celular

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Biología - 5to Sec. Esta envoltura nuclear presenta ribosomas asociados a su lámina externa, debido a su origen o proyección de retículo endoplasmático rugoso; la lámina interna presenta fibras de cromatina dispersa.

5.2 Carioplasma (Plasma = sustancia) También se le conoce como nucleoplasma, cariolinfa o jugo nuclear. Es una disolución coloidal en estado de gel. Contiene diversos componentes químicos como son:

• • • • •

5.4 Cromatina: (1879, Flemming usa el término cromatina)  Importancia La cromatina es el reservorio de la información genética. En ella se encuentran codificados todos los rasgos o caracteres, tanto internos como externos de cada organismo. La principal actividad o función de la cromatina es sintetizar el ARN, el cual llevará posteriormente a la formación de las respectivas proteínas (traducción).  Definición

Proteínas. Histonas, protaminas, enzimas. Lípidos. Proteolípidos. Nucleótidos. Nucleósidos. Glúcidos. Glucógeno. Sales minerales e iones.

Es un agregado supramolecular heterógeno nucleoproteico, constituido por masas densas de ADN asociadas con proteínas básicas (histonas), proteínas no histónicas, pequeñas cantidades de ARN, además de fosfolípidos y Ca2+.

Es el medio en el cual sintetizan los ácidos nucleicos. Se cumplen los procesos de replicación y transcripción, eventos que corresponden a la síntesis de proteínas.

5.3 Nucléolo (Nucleolus = Núcleo pequeño) Es un corpúsculo nuclear carente de membrana. Su origen se encuentra en algunos cromosomas que presentan una sección cromatínica denominada Región Organizadora del Nucléolo (RON). El Nucléolo químicamente está compuesto por ARN, proteínas, pequeñas cantidades de ADN, lípidos y glúcidos. Estos gránulos son los precursores de los ribosomas, es decir, sintetizan las subunidades (mayor y menor) ribosómicas que luego serán exportadas al citoplasma para su posterior ensamblaje. El número de nucléolos por célula depende de los requerimientos de la síntesis de ribosomas y por consiguiente de la necesidad por proteínas. Hay que considerar que durante la división celular, el o los nucléolos se desorganizan, volviéndose a condensar en las nuevas células hijas.

 Estructura La cromatina dependiendo de su empaquetamiento puede presentarse bajo dos formas o tipos:

• Heterocromatina. Es el tipo de cromatina condensada

durante la interfase, formando los cromocentros o nucléolos falsos. Sus distribución está localizada en diferentes lugares del cromosoma.

• Eucromatina. Es la porción de la cromatina que

permanece en un estado no condensado y disperso, ocupando el mayor volumen del espacio nuclear. En este tipo de cromatina los cromosomas se hallan dispersos en sus finos componentes macromoleculares.

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Biología - 5to Sec. 5.5 Cromosomas (chromos=color, soma= cuerpo)  Importancia

 Nomenclatura Los términos que se mencionarán a continuación aparecen casi en todos los cromosomas:

La importancia de estas estructuras nucleares radica en el ADN del cual están constituidos, es decir, la codificación hereditaria se encuentra en las secuencias de nucleótidos que conforman una serie de genes (cistrones), que luego se expresarán bajo la forma de una determinada proteína, la cual se manifiesta en una o más características que aparecerán en el organismo portador y posteriormente delegado a la descendencia.

• Cromátida. Se aplica a la longitud total del cromosoma, siendo dos cromátidas en cromosomas metafásicos y una cromátida en los cromosomas anafásicos. • Cromonema. Es la cromátida en su estado temprano de condensación. Está constituido por fibras de ADN y proteínas básicas (histonas).  Definición Los cromosomas, son cuerpos nucleares que resultan de la duplicación y condensación de la cromatina, durante el proceso de división celular.

• Cromómero. Resulta ser cúmulos de material cromatínico, que se dispone a lo largo del cromonema a manera de cuentas de collar.

Su morfología se observa en la profase, alcanzando su máxima condensación en la metafase. En cuanto a su número y características, son típicos en cada especie (cariotipo o idiograma).

• Centrómero. Es la estructura que se forma por la constricción primaria que reúne las hebras de las cromátidas. Es el punto donde convergen las fibras del huso acromático.

Su alteración numérica (exceso o defecto) o morfología, de manera natural o inducida, genera en el individuo o en el descendiente un cuadro anormal de características (síndrome).

• Cinetocoro. Es un disco proteico, adherido a la cromatina centromérica. Es el lugar o región donde se fijan los microtúbulos del huso acromático. • Telómeros. Son las porciones finales de los cromosomas. • Satélites. Son cuerpos esféricos separados del resto de cromosomas, formados por constricciones secundarias. Presentes en algunos cromosomas. • R.O.N. (Región organizadora del nucléolo). Porciones del cromosoma, donde los genes codifican a los ARN ribosómicos, para formar, posteriormente, los nucléolos.

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Biología - 5to Sec.  Clasificación Debido a la gran biodiversidad de organismos hasta la fecha conocidos, existen también una diversidad de formas y tamaños de los cromosomas.

- Cromosomas sexuales o alosomas. Son los cromosomas que llevan la información sexual, por consiguiente determinan el sexo del organismo (masculino y femenino).

• Por la posición del centrómero:

- Metacéntrico. Cromosoma con brazos de igual longitud. - Submetacéntrico. Con brazos de diferente longitud. - Acrocéntrico. Con un brazo corto y otro largo. - Telocéntrico. Con el centrómero en uno de sus extremos.

• Por los caracteres que transmiten: - Cromosomas somáticos o autosomas. Portan consigo los genes responsables de los rasgos o características físicas del organismo. Ejemplo: color de ojos, tipo de pelaje, etc.

Los seres humanos tienen 46 cromosomas. Los cromosomas son segmentos de ADN largos contenidos dentro del núcleo de las células. En el núcleo de cada célula hay 23 pares de cromosomas ó 46 cromosomas en total. La otra parte del ADN que contienen las células se encuentra en las mitocondrias, las cuales tienen genes importantes en su propia hebra de ADN, denominada en ocasiones «el cromosoma número 47». Los genes del cuerpo están contenidos dentro de estos 46 cromosomas nucleares y en el cromosoma mitocondrial. Dos de estos cromosomas, el X y el Y, determinan el sexo y se denominan cromosomas sexuales. Las mujeres tienen 2 cromosomas X y los hombres tienen un cromosoma X y uno Y. La función del cromosoma Y es determinar el sexo masculino, pero además de esto no hace mucho más. Los 44 cromosomas restantes se denominan cromosomas autosómicos. Los cromosomas existen en pares. Por conveniencia, los científicos han enumerado los autosómicos en pares desde el 1 hasta el 22. El cromosoma X y el Y corresponden al par número 23. Cada uno de los padres aporta al bebé la mitad de cada par de cromosomas, es decir 23 cromosomas, 22 autosómicos y 1 sexual. Las mujeres siempre aportan a su bebé un cromosoma X mientras los hombres aportan ya sea uno X o uno Y. Por lo tanto, el hombre es quien determina el sexo del bebé. Todos los cromosomas mitocondriales provienen de la madre, mientras que el padre no hace ningún aporte a los genes mitocondriales del bebé. A este hecho se le denomina la herencia materna.

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

Metabolismo Celular y Respiración Celular

En algunos animales, incluyendo al hombre, las grasas pueden ser un enorme almacén de reserva alimenticia.

Metabolismo Celular 1. Concepto etimológico El origen de la palabra metabolismo viene de la voz griega metabolé, que quiere decir “cambio, transformació”. 2. Concepto Para muchos organismos, incluyendo al hombre, la materia y la energía son suministrados por ciertas sustancias orgánicas como carbohidratos, proteínas. grasas, que sufren algunas transformaciones para ayudar a los organismos a cumplir sus funciones vitales. A estas transformaciones se les denomina metabolismo, por lo tanto, metabolismo se podría definir como el conjunto de cambio de sustancia y transformaciones de energía que tiene lugar en los seres vivos.

También por una síntesis se forman las moléculas de las diferentes proteínas, pero ni éstas ni los aminoácidos se pueden almacenar. Sin embargo, hay una perenne renovación en las células, en donde constantemente se necesitan aminoácidos para producir moléculas nuevas y degradar las existentes. Distinguimos asi con claridad dos procesos: 3.1 Anabolismo El anabolismo o biosíntesis es una de las dos partes del metabolismo, encargada de la síntesis o bioformación de moléculas orgánicas (biomoléculas) más complejas a partir de otras más sencillas o de los nutrientes, con requerimiento de energía, al contrario que el catabolismo. El anabolismo es el responsable de: • La formación de los componentes celulares y tejidos corporales y por lo tanto del crecimiento.

3. Tipos de metabolismo Una vez que las células y los organismos reciben las moléculas sencillas, uno de los caminos que éstas pueden seguir es la síntesis de las llamadas macromoléculas (de macros, grande) como el almidón en las plantas o el glucógeno en los animales, que se forman de la unión de miles de moléculas de glucosa y en donde se almacenan azúcares. Por este proceso de síntesis se forman también las grasas y otros tipos de lípidos, como los fosfolípidos, que constituyen las membranas celulares, o las grasas neutras (mantecas o aceites), que en los animales se acumulan en el tejido adiposo, y en las plantas en algunas semillas.

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• El almacenamiento de energía mediante enlaces químicos en moléculas orgánicas. Por tal motivo, el anabolismo es una recreación endergónica. Ejemplo: Fotosíntesis, gluconeogénesis.

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Biología - 5to Sec. 3.1 Catabolismo

4.2 Ecuación general

El catabolismo es la parte del metabolismo que consiste en la transformación de moléculas orgánicas o biomoléculas complejas en moléculas sencillas. Las rutas catabólicas liberan energía libre (reacción exergónica), parte del cual se conserva en la formación de ATP y transportadores electrónicos reducidos (NADH y NADPH).

Ecuación global de la fotosíntesis: La fotosíntesis, o mejor dicho, uno de sus procesos, la síntesis de glucosa, puede resumirse en esta ecuación global.

Luz

El catabolismo es el proceso inverso del anabolismo. La palabra catabolismo procede del griego kata que significa “hacia abajo”. Ejemplo: Respiración celular, glucogenólisis, glucólisis.

6CO 2 + 6H 2 O

C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Ahora bien, esta ecuación sólo indica las sustancias iniciales y finales; la fotosíntesis, como veremos, es un proceso realmente complejo. 4.3 Elementos necesarios para la fotosíntesis  La luz

Aunque anabolismo y catabolismo son dos procesos contrarios, los dos funcionan coordinada y armónicamente; constituyen una unidad difícil de separar. Las vías catabólicas implican una liberación global de energía, parte de la cual se utiliza para activar las vías anabólicas, que tienen un requerimiento global de energía.

Es la fuente de energía del proceso.

4. lA FOTOSÍNTESIS 4.1 Definición La fotosíntesis es uno de los procesos metabólicos de los que se valen las células para obtener energía. Es un proceso anabólico complejo, mediante el cual los seres vivos poseedores de clorofila y otros pigmentos, captan energía luminosa procedente del Sol y la transforman en energía química (ATP) y en compuestos reductores (NADPH), y con ellos transforman el agua y el CO2 en compuestos orgánicos reducidos (glucosa y otros), liberando oxígeno.

 Clorofila y pigmentos accesorios La clorofila, el pigmento verde común a todas las células fotosintéticas, absorbe todas las longitudes de ondadel espectro visible, excepto las de percepción global del verde, detectado por nuestros ojos. Tal como se observa en la fórmula, la clorofila es una molécula compleja que posee un átomo de magnesio en el centro, unido a un anillo porfirínico. Numerosas modificaciones de la clorofila se encuentran entre las plantas y otros organismos fotosintéticos (plantas, algunos protistas y cianobacterias).

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Biología - 5to Sec. Los pigmentos accsesorios que incluyen a la clorofila b (también c, d, y e) en algas y protistas y los carotenoides, como el betacaroteno y las xantofilas (carotenoide de color amarillo), absorben la energía no absorbida por la clorofila. La clorofila absorbe energías de longitudes de onda correpsondientes a los colores que van del violeta azulado al anaranjado-rojizo y rojo. Los carotenoides y la clorofila b absorben en la longitud de onda del verde. Ambas clorofilas también absorben en la región final del espectro (anaranjado - rojo), es decir, en regiones de longitud de onda mayores.

Resumen de la fotosíntesis. La fotosíntesis consiste en reacciones fotodependientes que ocurren en asociación con los tilacoides y reacciones de fijación de carbono que ocurren en el estroma.

 Fase luminosa

 El agua Actúa como fuente de electrones.  CO2 Es captado por las hojas a través de los estomas, se “fija” el CO para formar glucosa, etc. 2  Enzimas fotosintetizadoras Proteínas que aceleran las reacciones de la fotosíntesis. 4.4 Fases de la fotosíntesis La fotosíntesis es un proceso que se desarrolla en dos etapas. La primera es un proceso dependiente de la luz (fase luminosa), requiere de energía de la luz para fabricar moléculas portadoras de energía a usarse en la segunda etapa. En la etapa independiente de la luz (mal llamada fase oscura), los productos de la primera etapa son utilizados para formar los enlaces C–C de los carbohidratos. Las reacciones de la fase oscura usualmente ocurren en la oscuridad si los transportadores de energía provenientes de la fase luminosa están presentes. Evidencias recientes sugieren que la enzima más importante de la fase oscura está estimulada indirectamente por la luz, de ser así no sería correcto denominarla “etapa oscura”. La fase luminosa ocurre en los tilacoides; y la oscura, en el estroma de los cloroplastos. 64

La fase luminosa o fotoquímica es la primera etapa de la fotosíntesis, la cual convierte la energía solar en energía química. La luz es absorbida por complejos formados por clorofilas y proteínas (fotoexcitación de las clorofilas). Estos complejos clorofilaproteínas se agrupan en unidades llamadas fotosistemas (conjuntos funcionales formados por más de 200 moléculas de pigmentos) que se ubican en los tilacoides (membranas internas) de los cloroplastos. Existen dos tipos de fotosistemas: el fotosistema I (PSI), está asociado a moléculas de clorofila que adsorben a longitudes de ondas largas (700nm) y se conoce como P700; y el fotosistema II (PSII), está asociado a molécula de clorofila que absorben a 680 nm por eso se denomina P680. Estos complejos son los encargados de captar la luz y de emplear su energía para impulsar su transporte de electrones a través de una cadena de aceptores. La luz es recibida en el PSII por la clorofila P680 que se oxida al liberar un electrón que asciende a un nivel superior de energía; ese electrón es recogido por una sustancia aceptora de electrones que se reduce, la Plastoquinona (PQ), y desde ésta va pasando a lo largo de una cadena transportadora de electrones, entre los que están varios citocromos (cit b/f) y así llega hasta la plastocianina (PC) que se los cederá a moléculas de clorofila del PSI. En el descenso por esta cadena, con oxidación y reducción en cada paso, el electrón va liberando la energía que tenía en exceso; energía que se utiliza para bombear protones de hidrógeno desde el estroma hasta el interior de los tilacoides, generando un gradiente electroquímico de protones.

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Biología - 5to Sec. Estos protones vuelven al estroma a través de la ATP-asa y se originan moléculas de ATP (fotofosforilación). El fotosistema II se reduce al recibir electrones procedentes de una molécula de H2O, que también por accion de la luz se descompone en hidrógeno y oxígeno en el proceso llamado fotólisis del H2O. De este modo se puede mantener un flujo continuo de electrones desde el agua hacia el fotosistema II y de éste al fotosistema I. En el fotosistema I la luz produce el mismo efecto sobre la clorofila P700, de modo que cuando algún electrón adquiere un nivel energético superior y abandona la molécula, es recogido por otro aceptor de electrones, la ferredoxina, y pasa por una nueva cadena de transporte hasta llegar a una molécula de NADP+ que es reducida a NADPH, al recibir dos electrones y un protón H+ que también procede de la descomposición del H2O. La fase luminosa o fotoquímica puede presentarse en dos modalidades: con transporte acíclico de electrones o con transporte cíclico de electrones. En el acíclico se necesitan los dos fotosistemas, el I y el II. En el cíclico, sólo el fotosistema I. En la fase luminosa acíclica se obtiene ATP y se reduce el NADP+NADPH. En la fase luminosa cíclica se crea un flujo o ciclo de electrones que , en cada vuelta, de lugar a síntesis de ATP. No hay fotólisis del agua y tampoco se genera NADPH, ni se desprende oxígeno. Su finalidad es generar más ATP impresindible para realizar la fase oscura posterior.

FOTOSÍNTESIS ACÍCLICA

FOTOSÍNTESIS CÍCLICA

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Biología - 5to Sec.  Fase oscura Ahora, la energía y capacidad reductora que se generan en la etapa anteriormente descrita, serán utilizadas para la conversión del CO2 en glúcidos. El CO2 pasa al interior de los organismos autótrofos acuáticos por difusión, directamente desde el agua, mientras que las plantas terrestres deben protegerse de la desecación y en ese sentido han desarrollado estructuras ubicadas en la superficie llamadas estomas, que permiten el intercambio gaseoso. En el estroma de los cloroplastos se encuentran presentes las enzimas que intervienen en una serie de reacciones enzimáticas, el Ciclo de Calvin (ya que Calvin y Benson en 1940 utilizaron C14, carbono radioactivo, para realizar estudios sobre el alga verde Chlorella descubriendo el ciclo), en el que es fijado el CO2.

 Ciclo de Calvin El CO2 se combina con un azúcar de cinco carbonos, la ribulosa 1,5 bifosfato (RUBP), mediante la acción de la enzima ribulosa bifosfato carboxilasa oxigenasa o rubisco. La rubisco constituye aproximadamente el 50% de las proteínas del cloroplasto y se piensa que es la proteína más abundante en la Tierra. El primer producto estable de la fijación de CO2 es el ácido, – 3 – fosfoglicérico (PGA), un compuesto de 3 carbonos. En el ciclo se fijan 6 moles de ribulosa 1,5 bifosfato, y se forman 12 moles de PGA. La energía del ATP, producido en la luz es utilizada para fosforilar el PGA y se forman 12 moles de ácido, 1,3 difosfoglicérico, el cual es reducido luego mediante la acción de 12 NADPH a gliceraldehído – 3 – fosfato (PGAL). Dos moles de gliceraldehído – 3 – fosfato son removidas del ciclo para fabricar glucosa. El resto de los moles de PGAL se convierten en 6 moles de ribulosa – 5 – fosfato, que al reaccionar con 6 ATP, regenera 6 moles de ribulosa 1,5 bifosfato, que da comienzo al ciclo de nuevo.

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Biología - 5to Sec. 4.5 Importancia biológica La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de la Biósfera por varios motivos. La vida en la Tierra depende fundamentalmente de la energía solar, la cual es atrapada mediante un proceso que es el responsable de la producción de toda materia orgánica que conocemos: los alimentos que consumimos diariamente (tanto nosotros como los animales), los combustibles fósiles (petróleo, gas, gasolina, carbón); así como la leña, madera, pulpa para papel, inclusive la materia prima para la fabricación de fibras sintéticas, plásticos, poliéster, etc. Resulta inquietante pensar que si, por cualquier causa, desapareciesen todas las plantas (algas y bacterias incluidas) moriríamos ahogados ya que no habría oxígeno para respirar. Durante la fotosíntesis, como un producto de deshecho, las plantas liberan el oxígeno que nosotros consumimos en la respiración celular. La importancia de la fotosíntesis está fuera de toda discusión, es por eso que se la ha estudiado desde muchísimos ángulos; es así que la espectroscopia, la cristalografía y la genética molecular han tratado (con bastante éxito) de desenmarañar la participación de las moléculas implicadas en el proceso. Se puede concluir que la diversidad de la vida existente en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis.

Respiración Celular Anaeróbica 1. Glucólisis * * * *

Se produce sin la intervención de oxígeno. Se inicia con el ingreso de la glucosa al citosol (citoplasma) celular. La glucosa es degradada parcialmente hasta ácido pirúvico + NADH2. Se produce 4 ATPs, pero se gastan 2, por lo tanto, la ganancia neta es 2 ATPs. Ácido pirúvico Glucólisis NADH

* Después de la glucólisis se producen 2 tipos de fermentación dependiendo del tipo de célula: a) Fermentación alcohólica b) Fermentación láctica

A. Fermentación Láctica Ácido láctico deshidrogenasa

Ácido pirúvico

Ácido láctico

CH3 C

NADH

O

CH3

NAD+

CH

C O

OH

C OH

O

OH

B. Fermentación Alcohólica alcohol descarboxilasa descarboxilasa Etanol Ácido pirúvico Acetaldehído CH3 C

O

C O

C O

CH3

CO2

OH

NADH

NAD+

CH3 CH2 OH

OH

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Biología - 5to Sec.

Glucosa

GLUCÓLISIS

Ácido pirúvico

FERMENTACIÓN LÁCTICA

RESPIRACIÓN AERÓBICA



CO2 y H2O

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

ÁCIDO LÁCTICO

ETANOL

Respiración Celular Aeróbica Ecuación General: C6 H 12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6H2O + ATP

1. Ciclo de krebs La oxidación del piruvato a Ac-CoA es catalizada por el complejo multien-zimático de la piruvato deshidrogenasa (PDH). El grupo acetilo del AcCoA es transferido al oxaloacetato para dar citrato. En reacciones subsecuentes, dos de los átomos de carbono del citrato se oxidan a CO2 y el oxaloacetato es regenerado. La reacción neta de ciclo del ácido cítrico también produce tres moléculas de NADH, una de FADH2 y una molécula del compuesto trifosfato de guanosina (GTP), altamente energético (en algunos organismos es directamente ATP), por cada molécula de AcCoA oxidada. Las moléculas de NADH y FADH2 son oxidadas en la cadena de transporte de electrones con la formación de ATP en la fosforilación oxidativa. El ATP puede ser producido a partir del GTP vía una fosforilación a nivel de sustrato, que es la transferencia de un grupo fosforilo de un compuesto rico en energía como el GTP, al ADP. 68

2. cadena respiratoria fosforilación oxidativa Es un sistema multienzimático ligado a la membrana que transfiere electrones desde moléculas orgánicas al oxígeno. Esta cadena comprende dos procesos: * L os electrones son transportados a lo largo de la membrana, de un complejo de proteínas transportadoras (“carriers”) a otro. * Los protones son translocados a través de la membrana, esto significa que son pasados desde el interior o matriz hacia el espacio intermembrana. Esto construye un gradiente de protones. El oxígeno es el aceptor terminal del electrón, combinándose con electrones e iones H+ para producir agua.

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Biología - 5to Sec. Los tres componentes de la cadena respiratoria son 3 grandes complejos proteicos con moléculas trasnportadoras y sus enzimas correspondientes. Un componente no proteico: UBIQUINONA (Q), que están embebidos en la membrana y una pequeña proteína llamada citocromo c que es periférica y se ubica en el espacio intermembrana, pero adosado laxamente a la membrana interna. En la animación superior se muestra como el NADH transfiere iones H+ y electrones dentro de la cadena transportadora de electrones. La secuencia de eventos son:

Este proceso puede llamarse fosforilación quimiosmótica (asumiendo que la hipótesis quimiosmótica sea la correcta), o fosforilación oxidativa (sin asumir respecto al mecanismo). Los protones (indicados por +) entran nuevamente en la matriz mitocondrial a través de los canales que forma el complejo enzimático de la ATP sintetasa. Esta entrada se acopla a la síntesis de ATP a partir de ADP y Fosfato (Pi).

* Pasa los electrones a través de el 1er complejo (NADH-Q reductasa) hasta la ubiquinona, los iones H+ traspasan la membrana hacia el espacio intermembrana. *

El 2º complejo (citocromo c reductasa) transfiere electrones desde la Q a el citocromo c, generando un nuevo bombeo de protones al exterior.

* El 3.er complejo es una citocromo c oxidasa, que pasa los e- del citocromo c al oxígeno, el oxígeno reducido (1/2 O2-) toma dos iones H+ y forma H2O. Balance neto: los electrones entran a la CTE desde portadores, tales como el NADH o el FADH, luego llegan a la “oxidasa terminal” (una oxígeno-reductasa) y se “pegan” al oxígeno. Gradiente de protones y fosforilación oxidativa Según la Hipótesis Quimiosmótica (Peter Mitchell, 1961). A medida que los electrones fluyen por la CTE, a ciertas etapas; los protones (H+) son transferidos desde el interior al exterior de la membrana. Esto construye un gradiente de protones , dado que las cargas + son retiradas del interior mientras que las -, permanecen en el interior (en gran parte como iones OH- ), el pH en la cara externa de la membrana puede llegar a un pH 5,5, mientras que el pH justo en la cara interna de la misma puede llegar a 8,5.

Las mitocondrias varían en número, dependiendo del tipo de células, desde una mitocondria en algas hasta varios cientos de miles en ciertos protozoos, dependiendo de la necesidad.

Esto representa energía potencial acumulada como: Gradiente de protones (fuerza móvil de protones)(protonmotive force), y dado que la membrana es básicamente impermeable a los protones, por lo tanto el gradiente no se desarma por una constante, y teniendo en cuenta que la ATP sintetasa, complejo proteico (conocido también como “lollipops”, complejo F1, ATPasa mitocondrial) contiene el único canal para la entrada del protón, por lo tanto a medida que los protones pasan por el canal, se produce la siguiente reacción: ADP + Pi → ATP.

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Biología - 5to Sec. Puntos clavest:

Recuerda

* Los protones son transferidos a través de la membrana, desde la matriz al espacio intermembrana, como resultado del transporte de electrones que se originan cuando el NADH cede un hidrógeno. La continuada producción de esos protones crea un gradiente de protones. * La ATP sintetasa es un gran complejo proteico con canales para protones que permiten la reentrada de los mismos. * La síntesis de ATP se produce como resultado de la corriente de protones fluyendo a través de la membrana: ADP + Pi ___> ATP.

Un gran número de semillas poseen como sustancias de reserva grasas o aceites que existen principalmente como triglicéridos. Cuando sus semillas germinan, las grasas no se convierten en CO2 y H2O, sino en sacarosa y luego se queman parcialmente y se incorporan a los tejidos recientemente formados. Las enzimas del ciclo del glioxilato están en los glioxisomas, organelas exclusivas de las plantas.

Si bien las células utilizan el ATP para almacenar la energía derivada de ellos, en ciertos tejidos la fosforilación oxidativa se desacopla de la formación de ATP y la energía se transforma directamente en calor. En mamíferos “la grasa parda” (un tejido que contiene una inusual cantidad de mitocondrias) es el encargado de la producción del calor en esta forma. Un tejido similar con el mismo mecanismo de producción de calor, se encuentra en las flores de Philodendrum selloum.

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Biología - 5to Sec. Lanzadera Este sistema se ha observado en las células de los mamíferos y es más complicado que el sistema de glicerol fosfato de los insectos, pero más eficiente desde el punto de vista energético. El NAD+ citoplásmico es reducido a NADH a través de la reducción intermediaria y subsiguiente regeneración de oxaloacetato. Este proceso ocurre en dos fases de tres reacciones cada uno.   Fase I. Transporte de electrones hacia la matriz.  Fase II. Regeneración del oxaloacetato citoplásmico.   Los electrones del NADH citoplásmico son transferidos al NADH mitocondrial, el cual está sujeto a reoxidaciones vía la cadena de transporte de electrones. La lanzadera de malato-aspartato produce tres moles de ATP por cada NADH citosólico, una más que la lanzadera de glicerol fosfato.

3. Resumen del balance energético 1. RESPIRACIÓN ANAERÓBICA: 2 ATP 2. RESPIRACIÓN AERÓBICA : depende de 2 lanzaderas: 1.Glicerol-Fosfato : 36 ATP 2.Malato-Aspartato : 38 ATP

BALANCE DE LOS PROCESOS DE LA RESPIRACIÓN CELULAR Sustancia inicial

Sustancia final

Coenzimas Reducidas y ATP

Moles de ATP (totales)

Glucosa

2 ácid. pirúvico

2 NADH 2 ATP

6 ATP 2 ATP 6 ATP 4 ATP

2 ácido pirúvico

2 acetil-CoA 2CO2

2 NADH

6 ATP

Ciclo de Krebs

2 acetil-CoA

4 CO2

6 NADH 2 FADH2 2 GTP

18 ATP 4 ATP 2 ATP

Balance global

Glucosa 6 O2

6 CO2 6H2O

Proceso Glucólisis Malato aspartato Glícerol fosfato

Descarboxilación del ácido pirúvico

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Lanzadera del glicerol fosfato Sistema de lanzadera que emplea las enzimas glicerol fosfato deshidrogenasa citoplásmica y mitocondrial para introducir poder reductor en la mitocondria. Las características de estas enzimas dan lugar a que el poder reductor en forma de NADH se obtenga en la mitocondria como FADH2.

36 ATP o 38 ATP

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

Reino Plantae: Organología Vegetal

Es el conjunto de órganos encargados de mantener las funciones vitales de la planta como la absorción, soporte, fotosíntesis, etc, reunidos en dos sistemas. Sistema radicular (formado por la raíz) y sistema del vástago (formado por el tallo y la hoja). A la reunión de ambos sistemas se le denomina cormo y a las plantas que contengan cormo se les llama cormofitas.

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posee lenticelas para la respiración. La primera “raíz” de la planta, llamada radícula, se alarga cuando germina la semilla y forma la raíz primaria. Las raíces que se ramifican a partir de la primaria se llaman secundarias. En muchas plantas, la raíz primaria se llama pivotante, es mucho mayor que las secundarias y alcanza mayor profundidad en el suelo. La remolacha o betabel y la zanahoria son ejemplos característicos de plantas con gruesas raíces pivotantes. Algunas especies con raíces de este tipo son difíciles de trasplantar, porque la rotura de la raíz primaria determina la pérdida de casi todo el sistema radicular y la muerte de la planta. 2. propiedades Geotropismo positivo (G+): Orienta su crecimiento en sentido de la gravedad (hacia abajo) Hidrotropismo positivo (H+): Debido a que la raíz absorbe agua del suelo. Fototropismo negativo (F-): Debido a que la raíz crece en lugares oscuros. Termotropismo positivo (T+): La raíz crece en el suelo donde existe más calor.

Raíz

3. anatomía externa

1. definición Órgano de las plantas superiores, casi siempre subterráneo, de aspecto cilíndrico, que desempeña varias funciones, entre ellas absorber y conducir agua y minerales disueltos, acumular nutrientes y sujetar la planta al suelo, por ejemplo: yuca, camote, zanahoria, nabo, rabanito, betarraga, remolacha, etc. La raíz se diferencia del tallo por su estructura, por el modo en que se forma y por la falta de apéndices, como yemas y hojas, además

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Considerando una raíz típica encontramos una raíz principal que es el eje de orientación del crecimiento, raíces secundarias (derivan de las anteriores) que contienen los pelos absorbentes o tricomas que absorbe sustancias del suelo como agua y sales minerales, cono vegetativo y la cofia (masa celular con envoltura musilaginosa) que protege el cono.

a) Zona del cuello Llamada también nudo vital, corresponde a la zona de transición entre el tallo y la raíz. 75

Biología - 5to Sec. b) Zona adulta, suberosa o de maduración Es la zona más superior de la raíz principal, está más relacionada con la fijación que ejerce la raíz. Es la parte más antigua de este órgano. Del periciclo se originan las raíces secundarias.

c) Zona pilífera o radicular

Le permite a la raíz almacenar nutrientes y otras sustancias (agua, azúcar, almidón, etc.). Por eso muchas raíces son utilizadas como alimentos, tal como sucede con las raíces del camote, yuca, maca, zanahoria, etc. 5. anatomía interna

Donde están los pelos absorbentes, desarrollados por los tricoblastos, (células epidérmicas) que aumentan la superficie de absorción.

d) Zona desnuda Se ubica por encima de la cofia y facilita el geotropismo (+) de la raíz.

e) Zona de crecimiento, elongación (meristemático) Donde se ubica el cono vegetativo. El crecimiento de la raíz es longitudinal (crecimiento primario). 4. funciones

a) Fijación Por medio de la cual la raíz sujeta a la planta contra el suelo, impidiéndole su movimiento. Se cumple mayormente a nivel de la zona adulta o suberosa.

b) Absorción Por medio de la cual la planta toma del suelo las sustancias que necesita (agua, sales minerales, etc.). Esto se realiza a nivel de los pelos absorbentes, mediante el mecanismo de ósmosis y transporte activo primario (sodio, potasio, etc.). A consecuencia de esta función se forma la savia bruta o inorgánica.

c) Circulación Permiten fluir a las savias bruta y elaborada. De aquí la savia bruta asciende hacia las hojas, utilizando al xilema y mediante principios físicos como la endósmosis, la capilaridad, la presión hidrostática y la fuerza de aspiración producida por la gutación (transpiración), de las hojas. La savia elaborada que llega a la raíz procedente de las hojas, utilizando el floema, trae glucosa, albuminoides, hormonas, etc., que utilizan los tejidos de la raíz.

d) Respiración Las lenticelas le permiten el intercambio gaseoso (lenticelas). 76

e) Reserva

Al aplicarle un corte transversal encontramos:

A. Cilindro cortical Capa externa: I. Cubierta: a) Capa pilífera: Conformada por la epidermis que origina los pelos absorbentes; estas son más grandes en las plantas en proceso de crecimiento. b) Capa suberosa en plantas adultas, en reemplazo de la capa pilífera que permite la protección y la respiración. II. Corteza: Se encuentra debajo de la epidermis. a) Parénquima cortical: Cuya función es almacenar sustancias. Las células en la parte externa del parénquima son irregulares, mientras que la interna es en forma regular y radial presentando además meatos (cavidades). b) Endodermis: Es la capa interna de la corteza, la pared celular (envoltura) de estas células contienen lignina conformando la banda de Caspari, permitiendo la protección del cilindro central y distribución indirecta de agua como solutos.

B. Cilindro central Ubicado debajo de la cubierta. Se divide en: I. Periciclo: Conocida como zona rizogena porque de aquí se origina las raíces secundarias (formado por una o varias capas de células meristemáticas). II. Sistema conductor: Transporta la savia bruta y elaborada, aquí se distingue: los vasos liberianos (que conforman el floema) de localización externa y que transportan la savia orgánica o elaborada.

Los vasos leñosos (que conforman el xilema) son más grandes que los anteriores y se localizan internamente, conducen la savia inorgánica o bruta.

III. Médula: Ocupan el centro de la raíz y está conformada por células poliédricas ubicadas entre los vasos.

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Biología - 5to Sec. II. Adventicias: Cuando se originan de yemas, del tallo o de ramas (raíz adven-ticia caulinar) como el fresal; de las mismas hojas (raíz adventi-cia foliácea o foliar) como en el lirio, el mastuerzo. Estas raíces sirven para la multiplicación de plantas por estaca, acodo y aporcamiento.

C. Por su modificación: Fulcreas o Zancos: Cuando se originan de los nudos inferiores del tallo, los cuales se introducen luego en el suelo, por ejemplo: el mangle, higuera de pagodas, pandama, etc.

6. tipo de raíces

A. Por su forma: I. Pivotantes: Cuando la raíz principal desarrolla más que las secundarias. Se halla en las dicotiledóneas como la alfalfa, frijol, tomate. También se hallan en las gimnospermas como el pino, etc. También se le llama raíz típica o axonomorfa. II. Fibrosas: Llamadas también fasciculadas. Aquí las raíces secundarias desarrollan más que la raíz principal. Se halla en monocotiledóneas como la cebolla (lileaceas), maíz, trigo (gramíneas), palmera, cocotero (palmáceas), etc. III. Tuberosas: Cuando almacenan agua, almidón, etc. Muchas son engrosadas, se hallan en el nabo, zanahoría, dalia, mandioca, yuca, camote, maca, etc.

Parásitas o Haustorios: Cuando viven a expensas de otras plantas, extrayendo de éstas sus nutrientes como en la cuscuta.

TALLO

B. Por su origen: I. Embrionarias: Se originan de la radícula del embrión de la semilla cuando ésta realiza la germinación. Ejemplo: arveja, zapallo, palta, etc.

1. definición Es el órgano de soporte de una planta, en él se ubican las ramas del tallo, las hojas, flores y frutos con sus semillas. 2. origen El tallo se forma generalmente a partir del epicótilo, gémula o plúmula del embrión contenido en la semilla. 3. funciones I. II.

SOPORTE: Permite sostener a las hojas, flores y frutos. CONDUCCIÓN: Permite el transporte de la savia bruta, esté de subida o esté de bajada la savia elaborada. III. RESPIRACIÓN Permite el intercambio gaseoso (lenticelas y estomas).

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Biología - 5to Sec. IV. ALMACENAMIENTO: Cuando contienen material de reserva como en la papa, cebolla, etc. V. FOTOSÍNTESIS: Cuando el tallo carece de hojas, como en el cactus. 4. propiedades Muchas de estas no son más que las contrarias de la raíz. I. Geotropismo negativo (G-) Crecimiento en sentido contrario a la gravedad (crece de abajo hacia arriba y verticalmente). Cabe mencionar que el tallo también puede crecer abajo del suelo, pero paralelo al mismo (aquí ya no hay geotropismo negativo). II. Fototropismo positivo (F+) Esto sólo se cumple en los tallos aéreos que crecen donde hay luz. III. Hidrotropismo negativo (H-) En el tallo no importando su ubicación nunca absorbe agua. IV. Termotropismo negativo (T-) Implica a los tallos aéreos que crecen lejos del calor del suelo. Pero los tallos subterráneos si están influenciados por el calor del suelo.

B. Corteza I. Parénquima cortical: Presentan células con clorofilas (tallos herbáceos). Aquí se ela-boran azúcar, gomas, fécula (al-midón). No tienen meatos. II. Endodermis: Presenta células muy adheridas entre sí; con almidón. III. Colénquima: Sólo en los tallos herbáceos (permite la flexibilidad). IV. Esclerénquima: Sólo en los tallos leñosos (permite la dureza y rigidez).

5. anatomía externa Como las hojas, los tallos verdes presentan estomas, cutina y hacen fotosíntesis a excepción de los tallos leñosos. 1. NUDOS: Ensanchamiento del tallo en cada cierta distancia, aquí aparecen las yemas laterales. 2. ENTRENUDOS: Espacio entre los nudos, en los herbáceos se observa estomas, en los leñosos lenticelas. 3. YEMAS: Acumulo de tejido meristemático de las cuales originan raíces (adventicias), nuevos tallos (vegetativos), hojas (foliares), o flores (florígenas). Las yemas apicales contienen escamas que impiden su deshidratación. 6. anatomía interna (histología) Si se practica un corte transversal al tallo de una planta dicotiledónea, notaremos las siguientes partes.

A. Cubierta I. Zona epidérmica: Presenta varias capas de células, posee cutina (impermeable al agua). Nota: En plantas áfilas (no tienen hojas), como el cactus, esta zona posee córilas con cloroplastos que ejercen la función fotosintética. II. Zona suberosa: Presenta capas de células que tienen suberina (súber).

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C. Cilindro central I. Periciclo: Formado por varias capas de células que rodean al sistema conductor. II. Sistema Conductor: a) Liber: Corresponde al floema y está constituido por paredes duras al exterior y paredes blandas al interior. b) Madera: Corresponde al xilema y está constituido por los vasos leñosos que pueden ser anillados, espiralados, punteados o escaleriformes.

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* TREPADORES: Crecen apoyados a otra planta o superficie. Ej.: Vid, guisante, caigua, etc.

III. Cambium: Se sitúa entre el liber y la madera. Es la zona generatriz, presenta tejido meristemático que forma hacia afuera liber y hacia adentro madera. IV. Médula: Ocupa la parte central del tallo. Está formada por células poliédricas y almacenan nutrientes. * Las monocotiledóneas no forman corteza.

* RIZOMA: Son tallos subterráneos que crecen paralelo al suelo. Ej.: Plátano, carrizo, kión.

7. tipos de tallos: * ESTÍPITE: Tallo aéreo que carece de ramificaciones y en la parte superior presenta hojas largas. Ej.: cocotero, palmera, datilera, etc. * TUBÉRCULO: Tallo subterráneo que almacena almidón, principalmente. Ej.: Papa, olluco, mashua, oca, etc. * BULBO: De este tallo nacen hojas catafilas (sin clorofila). - Tunicado: Las hojas forman un manto o túnica. Ej.: cebolla, tulipan, jacinto. - Escamoso: Las hojas externas son más pequeñas que las internas. Ej.: Azucena. - Sólido: El bulbo es voluminoso y las catáfilas muy delgadas. Ej.: Azafrán y ajo. * FILOCLADIO O ASIMILADOR: Tallos acuífero con hojas modificadas. Ej.: Cactus, tuna. * ESCAPO: A diferencia del anterior sus hojas están en la parte inferior del tallo. Ej.: Adormidera. * ACAULE: Tallo aéreo pequeño. Ej.: Acelga. * RASTRERO: Crece “paralelo” al piso, y emite raíces adventicias. Ej.: Fresa y grama. * POSTRADOS: Estas están “apoyados” al suelo. Ej.: Zapallo, sandía.

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Biología - 5to Sec. HOJA 1. definición Es el principal órgano de elaboración de los nutrientes que fabrica la planta. Su unidad funcional se denomina estoma. La planta que carece de hojas se denomina afila. 2. origen La hoja se puede originar a partir de cotiledón del embrión contenido en la semilla o de una yema foliar.

de agua puede ser al estado de vapor (por medio de los estomas), y a esto se llama transpiración propiamente dicha. También la eliminación puede ser al estado de agua líquida (por medio de los hidatodos), esto ocurre cuando la humedad atmosférica es muy elevada, y a esto se denomina gutación. * Circulación: Ya que presenta xilema y floema por donde fluye la savia.

B. Almacenamiento: Como en el caso de las hojas que almacenan alcaloides: coca (cocaína), tabaco (nicotina), catafilos de la cebolla, etc. 4. características Fototropismo (+), hidrotropismo (-), tamaño y colores variables (afectados por la estación).

3. funciones

A. Generales: Las que se cumplen en la mayoría de hojas son: * Fotosíntesis: Consiste en la transformación de la savia bruta en savia elaborada. * Respiración: Los estomas de la hoja elimi-nan CO2 e incorporan O2. * Transpiración: A través de la hoja la planta elimina el exceso de agua que ha absorbido la raíz. Esta eliminación

PARTES DE UNA HOJA

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Biología - 5to Sec. 5. ANATOMÍA EXTERNA (Hoja verde normal)

El Dato

A. Limbo (lámina foliar) Presenta: * Haz, es la cara superior que siempre da a la luz. Tiene un color verde oscuro. * Envés, es la cara inferior que nunca ve la luz. Tiene un color verde claro. * Ápice, que es la zona más distal del limbo (con respecto al nudo del tallo). Es la punta de muchas hojas (vértice). * Base, es la zona más proxima del limbo (con respecto al nudo del tallo). * Borde, es la curvatura que adopta el limbo. A veces presenta escotaduras con entrantes y salientes. * Nervaduras, contiene internamente el xilema y floema.

B. Peciolo Es de forma tubular y cilíndrica, es la estructura que sostiene al limbo y contiene haces vasculares. Si está presente la hoja es peciolada como en el caso de la pera, naranja, rosal, etc. Y si carece de peciolo la hoja es apeciolada, sésil o sentada como en el alhelí.

Tallos récord El récord de crecimiento de los tallos pertenece al bambú, que puede crecer prácticamente un metro por día. En el otro extremo, el crecimiento más lento se registra en las especies de las regiones frías próximas al Ártico. El récord pertenece, sin duda, a un pino de Sitka (Alaska), que creció menos de 30 cm en un siglo. En cuanto al Pinus aristata, se estima que su diámetro no aumenta más de un centímetro por siglo. El árbol más grande que jamás se ha medido era un eucalipto australiano que medía 132.5 m. Los mayores árboles existentes son las secuoyas, que crecen sobre todo en California y pueden alcanzar más de 100 m de altura y 8 m de diámetro.

C. Vaina Es la estructura que une el peciolo al nudo del tallo. Presenta: * Hojas envainadoras, cuando envuelven a todo el nudo. Ésto se observa en el trigo, maíz, etc. * Lígula, cuando presentan una delgada membrana en su inicio. Se encuentran en el arroz, cebada, etc. * Estípula, que son apéndices foliáceos situados a cada lado de la misma. ej.: rosal.

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Biología - 5to Sec. 6. anatomía interna (histología)

A. Epidermis superior Presentan una gran cantidad de cutina (sustancia impermeable al agua). tiene pocos estomas.

B. Parénquima clorofiliano Llamado mesófilo. Se diferencian un: * Parénquima clorofiliano en empalizada, está debajo de la epidermis superior. Está formada por células angostas con sus ejes mayores en ángulo recto con la superficie de la hoja. * Parénquima clorofiliano esponjoso o lagunoso, que es subyacente al parénquima clorofiliano o empalizada. Contiene células dispuestas en forma irregular en varias capas, con numerosos espacios entre ellas. A los espacios pequeños se les denomina meatos y los espacios grandes lagunas. NOTA: Las ramificaciones de los haces libero leñosos discurren en el mesófilo.

C. Epidermis inferior Es poco cutinizada y con gran cantidad de estomas. 7. tipos de hojas A. HOJA BRÁCTEA O SUPERIOR: Es la que se halla en la base de una flor a la cual le brinda protección.

B. HOJA CATÁFILA O INFERIOR: Es la que se halla en los tallos subterráneos tipo bulbo. No tiene clorofila.

E. HOJAS SEXUALES: Son las que forman los gametos de la planta, y son: * Estambres, que elaboran el gameto masculino llamado anterozoide. * Carpelos, que elaboran el gameto femenino llamado oósfera. F. HOJAS QUE FORMAN LA ENVOLTURA FLORAL: Aquí se encuentran los sépalos y pétalos. G. ESPINAS FOLIARES: Las hojas son transformadas en espinas con la intención de no perder agua de la planta. Ej.: Cactus. H. ZARCILLOS FOLIARES: Las hojas se transforman a filamentos enrollados como en espiral que per-mite mantener a la planta erguida. Ej.: arveja.

Las raíces más grandes conocidas son las de una higuera tropical de Sudáfrica, que llega hasta 120 m de profundidad. En Europa, un olmo inglés poseía unas raíces de 110 m de longitud. Si se tiene en cuenta el conjunto de sistema radicular, el récord absoluto pertenece al centeno, del que se calcula que el conjunto de raíces de algunos ejemplares tiene más de 600 km de longitud.

C. HOJA VERDE O NORMAL: Es la que más abunda en una planta. Tiene clorofila y realiza con gran intensidad la fotosíntesis. D. HOJA COTILEDÓN: Es la que se halla dentro de la semilla, envolviendo al embrión. En algunos casos almacena sustancias que le sirven de alimento al embrión. 82

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Biología - 5to Sec. Flor

III. verticilos florales

I. definición

ÓRGANOS PARASEXUALES

Es el órgano reproductor de las Angiospermas (fanerógamas) cuya función es producir a las microsporas (granos de polen) y a las macrosporas (óvulos o ru-dimentos seminales) los cuales originarán al gametofito masculino y femenino respectivamente. Se considera a la flor como una estructura altamente modi-ficada en la que los entrenudos se han cortado y las hojas se han transformado en las diferentes envolturas o verticilos florales. Se considera a la flor como el órgano distintivo de las plantas más evolucionadas.

CÁLIZ Está formado por sépalos que son hojas modificadas siendo generalmente de color verde. Puede ser gamosépalo (sépalos unidos) y dialisépalo (sépalos libres).

COROLA Está formado por pétalos que son hojas modificadas de colores vivos que atraen a los agentes polinizadores. Pueden ser gamopétala (pétalos unidos) y dialipétala (pétalos libres).

Antera Filamento

Estigma Estilo Ovario

II. partes de la flor Pedúnculo Floral

Pedúnculo Floral

Es la continuación del tallo que une al aparato floral. Su ausencia se le conoce como flor sésil.

Es una dilatación terminal del pedúnculo, en algunos frutos se encuentra muy desarrollado como manzana, pera, etc.

Sépalo Receptáculo

Verticilos Florales Encontramos: * Sépalos : cáliz * Pétalos : corola * Estambres : androceo * Carpelos : gineceo

Célula sexual femenina

ÓRGANOS REPRODUCTORES GINECEO

El conjunto de cáliz y corola forman el perianto que cumple la función de proteger a los órganos sexuales y atraer a los agentes polinizadores. También puede ser:

Órgano femenino de la flor, constituido por 1 o más carpelos (ovario, estilo y estigma). Internamente en el ovario está el óvulo o rudimentos seminales, producto de la megasporogénesis.

ANDROCEO C o n s i d e r a d o ó r g a n o s ex u a l masculino, constituido por 1 o más estambres que consta de filamento y anteras. Se encarga de la formación de los granos de polen, por la microsporogénesis.

IV. clases de flores I. FLOR IMPERFECTA * También llamadas unisexuales. * Son las que presentan sólo androceo o sólo gineceo. II. FLOR PERFECTA * También llamdas hermafroditas. * Presentan androceo y gineceo juntos. III. FLOR ESTÉRIL * También llamadas neutras. * No presenta gineceo y androceo.

Homoclamídea (iguales) Corola

Cáliz

Pétalo

Óvulo

Heteroclamídea (Diferentes)

V. función de la flor * Después de la doble fecundación se forma el fruto y las semillas para la reproducción de la planta, en resumen, la conservación de la especie. * Los sépalos y pétalos desempeñan un papel protector. * Los carpelos pueden llegar a formar uno o más rudimentos seminales.

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Biología - 5to Sec. A. Directa

VI. inflorescencia Es la disposición de las flores a lo largo del tallo. La flor puede ubicarse de manera: * Terminal: Cuando el tallo acaba en una flor, ejemplo: el tulipán. * Axilar: Cuando la flor nace lateralmente al tallo, ejemplo: el guayabo.

También se le conoce como autopolinización. Es el tipo menos frecuente, pero aún así sucede en las flores hermafroditas, donde las anteras se acercan al estigma polinizando fácilmente o de forma viceversa, ejemplo: los naranjos, la watsonia, respectivamente.

Clasificación: Las inflorescencias se dividen en dos grupos:

A. Racimosas También llamadas indefinidas, debido a la presencia de un eje de crecimiento teóricamente ilimitado. Presenta los tipos: Racimo, espiga, espádice, umbela, corimbo, capítulo.

B. Indirecta También se le denomina cruzada. Es el tipo más frecuente, debido a que el polen de una flor fecunda a otra flor situada en otra planta de la misma especie, ejemplo: el maíz. Puede ocurrir mediada por diversos agentes, denominándose: * Aire: Anemófila o anemógama. * I n s e c t o s : E n t o m ó f i l a o entomógama. * Aves: Ornitófila u ornitógama. * Agua: Hidrófila o hidrógama. * Murciélago: Quiropterófila. * Hombre: Artificial.

B. Cimosas También llamadas definidas, debido a que no hay mucha diferencia en el desarrollo de los ejes laterales con el eje principal. Presenta los tipos: cima unípara (monocasio) y cima bípara (dicasio). VIi. polinización La polinización consiste en el transporte de los granos de polen desde las anteras del androceo hasta el estigma del gineceo. * Tipos: Según la manera como llegue el polen al estigma, se presentan dos tipos de polinización: 84

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Biología - 5to Sec. VIiI. doble Fecundación La doble fecundación se da cuando el primer anterozoide haploide (n) se une con la oósfera haploide (n) dando el embrión (2n). Luego el segundo anterozoide se une con 2 núcleos polares (n y n) originando a la endosperma (3n). La semilla está formada por el embrión y el endosperma. Se resume de la siguiente manera: 1er. Anterozoide (n)+ Oósfera (ovocélula)(n) = Embrión (2n) 2do. Anterozoide (n)+2 Núcleos Plares (n)(n) = Endosperma (3n)

Estigma

Tubo polínico

Célula sexual femenina

La célula sexual masculina baja por el tubo polínico

Estigma

Estilo

Célula sexual femenina

Ovario

El tubo polínico llega hasta la célula sexual femenina

Óvulo

Estilo Ovario

Óvulo

Célula sexual masculina

FRUTO I. definición * Un fruto es el resultado de un ovario maduro que contiene semilla. En la mayoría, los frutos se forman por transformación de las paredes del ovario después de la doble fecundación. * Luego de la fecundación el estilo y el estigma se degeneran. * Hay frutos que se forman sin previa fecundación (partenocarpia). Ejemplo: naranja huando (sin pepa). * Algunas frutas carnosas comestibles se vuelven dulces y brillantes, coloreados cuando maduran, atrayendo la atención de aves y mamíferos los cuales los consumen, las semillas contenidas en los frutos pasan a través del tracto digestivo horas después y frecuentemente son depositados a cierta distancia a través de las excretas. En algunas especies, la exposición de la cubierta de la semilla por los jugos digestivos es un requisito previo para la germinación. Las semillas mismas pueden ser amargas o tóxicas, como de la manzana.

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Biología - 5to Sec. II. estructura del fruto El fruto comprende el pericarpio y la semilla. w

Pericarpio

Semilla

Epicarpio

Mesocarpio

Endocarpio

* Capa externa que consta por lo general de un solo estratro de células. * Resulta de la epidermis del ovario.

* C a p a m e d i a d e grosor y consistencia variable. * Resulta del desarrollo del parénquima del ovario.

* E s l a c a p a m á s interna, varía en estructura, textura y grosor. Protege a la semilla.

* Resulta de la doble fecundación del rudimento seminal, antiguamente se le conocía con el nombre de óvulo.

III. clasificación

A. Según su origen

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Fruto simple

fruto múltiple

fruto accesorio

* Son los frutos que se originan a partir de la doble fecundación de un solo ovario (pistilo) * Ejemplo: durazno, etc.

* También llamados compuestos. * Son racimos de varios ovarios maduros producidos por varias flores reunidas en la misma inflorescencia. * Ejemplo: piña, granadilla, etc.

* Incluyen a aquellas cuyas partes comestibles no son los ovarios en sí. * Ejemplo: manzana, pera, etc.

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Biología - 5to Sec. B. Según su consistencia 1. Frutos secos: SECOS INDEHISCENTES

SECOS DEHISCENTES

* Indehiscentes: el fruto al madurar no elimina su semilla. * El ovario pasará a formar las cáscaras siendo la semilla comestible. Ejemplo: nuez.

* Las semillas son expulsadas al madurar el fruto. Ejemplo: arverjita, poroto, habas, retama, etc.

2. Frutos carnosos: * Se caracterizan por tener el mesocarpio muy desarrollado y jugoso. * Las semillas sólo quedan en libertad después de la descomposición del fruto. * Pueden ser de 2 tipos. DRUPA

BAYA

* También fruta de carozo. * La drupa es un fruto monocarpelar. El endocarpio es un carozo que encierra la única semilla. El mesocarpio es carnoso. El epicarpio a veces lleva pelos como el durazno, mientras que en la ciruela es liso.

* Es un fruto blando y suculento con epicarpio membranoso. Tipos: Pomo: Manzana, pera. Melónico: Melón, sandía. Hesperidio: Limón, naranja.

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

8

Sistema Circulatorio o Cardiovascular

Sistema Circulatorio en los Animales

D. tipos de sistema circulatorio

Los sitemas circulatorios están formados por un conjunto de tejidos y órganos encargados de impulsar los líquidos hacia todos los tejidos y órganos del animal.

Sistema Circulatorio Abierto o Lagunar El fluido se transporta por vasos abiertos, llegando a salir a las lagunas tisulares, que constituyen el hemocele, bañando los órganos internos.

A. Animales sin sistema circulatorio (Circulación no sistémica)

Organismos que presentan circulación abierta.

Los poríferos, celentéreos, platelmintos y nemátodos carecen de corazón, arterias, venas, capilares y fluido circulatorio. La circulación se da entre células o intercelular.

* Moluscos (en caracol), presentan un corazón con aurícula y ventrículo, con numerosos vasos. La hemolinfa fluye a través de lagunas tisulares.

B. Animales con sistema circulatorio (Circulación sistémica)

* Artrópodos, tienen un corazón tubular situado en posición dorsal, el cual presenta orificios laterales llamados ostiolos. La hemolinfa fluye del corazón hacia las arterias, y estos la vierten a los espacios tisulares (hemocele), de allí retornan al espacio pericárdico ingresando al corazón por los ostiolos. En los insectos el sistema circulatorio transporta principalmente nutrientes.

* Corazón: formado por tejido muscular. Tiene como misión impulsar la sangre o hemolinfa, manteniendo en movimiento el fluido. Pueden ser miogénico o neurogénico. * Fluido: Medio circundante constituido por agua, sales, proteínas, células en suspensión y pigmentos respiratorios. En los invertebrados se denomina hemolinfa, en vertebrados sangre. * Vasos conductores: Responsables de la condición del fluido corporal, por ejemplo existen arterias, venas y capilares.

CIRCULACIÓN ABIERTA

C. Pigmentos de transporte de gases Se encuentra en el fluido circulatorio, a veces en el líquido extracelular y otras veces en el medio intracelular de células especializadas. Los pigmentos para el transporte de O2 y CO2 más importantes son la homocianina y la hemoglobina. * Hemocianina: Proteína conjugada que presenta cobre, es de color azul. Típico en moluscos y en la mayoría de artrópodos. * Hemoglobina: Proteína conjugada que contiene hierro y es de color rojo. Está presente en anélidos y vertebrados.

Sistema Circulatorio Cerrado La sangre permanece dentro de vasos, arterias, venas y capilares; permitiendo un transporte más rápido y mayor control de su distribución.

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Biología - 5to Sec. de sangre); corazón con dos arcos aórticos, derecho e izquierdo, glóbulos rojos nucleados con hemoglobina. En los cocodrilos el tabique interventricular es completo, sin embargo tienen el Foramen de Panizza, en el cual se da la mezcla de sangre venosa - arterial. Presenta dos arcos aórticos.

a) En invertebrados * Anélidos: Presentan un vaso dorsal contráctil con cinco anillos o corazones que se unen a otro vaso ventral que distribuyen la sangre hacia los tejidos. Se presentan capilares en toda la piel del gusano. El pigmento hemoglobina esta disuelto en el plasma. * Moluscos cefalópodos: En los pulpos y calamares la hemolinfa circula dentro de los vasos, la hemolinfa es bombeada hacia la branquias por el corazón branquial, de las branquias pasan al corazón sistémico y de ahí a todo el organismo. Poseen hemocianina para transportar O2. CIRCULACIÓN ABIERTA

♣ Circulación cerrada doble y completa

b) En vertebrados

Circulación cerrada simple (corazón - branquias tejidos - corazón) * Peces: su corazón presenta una aurícula y un ventrículo que se comuni-ca con el bulbo o cono arterial, llevando la sangre hacia las branquias para su oxigenación, y luego circulará hacia los tejidos por una aorta dorsal. Presentan glóbulos rojos nucleados y con hemoglobina. La sangre pasa una sola vez por el corazón.

* Aves: Tienen un corazón con cuatro cavidades. No hay mezcla de sangre venosa y arterial, en el corazón los glóbulos rojos son nucleados. El corazón presenta arco aórtico derecho. * Mamíferos: Corazón con cuatro cavidades. No hay mezcla de sangre. Los glóbulos rojos son anucleados con una mayor cantidad de hemoglobina que las aves. Corazón con arco aórtico izquierdo. cuadro comparativo de los pigmentos respiratorios Pigmento Respiratorio

Metal

Color

Hemoglobina

Fe++

Rojo

Hemocianina

Cu

++

Azul

Hemeritrina

Fe++

Rojo

Clorocruorina

Fe

Verde

++

Cuadro comparativo de sistemas circulatorios en vertebrados

Circulación cerrada doble (corazón - pulmón - corazón - tejidos - corazón) ♣ Circulación cerrada doble e incompleta * Anfibios: El corazón con 2 aurículas y un ventrículo. La sangre pasa dos veces por el corazón, observándose una mezcla de sangre arterial con sangre venosa en el ventrículo. Presenta glóbulos rojos nucleados con hemoglobina. * Reptiles: El corazón con 2 aurículas y 2 ventrículos (con un tabique in-completo permitiendo la mezcla 92

Vertebrado

Tipo de Corazón

Glóbulo Rojo

Peces

Dos cavidades

1 aurícula 1 ventrículo

Nucleado

Anfibios

Tres cavidades

2 aurícula 1 ventrículo

Nucleado

Reptiles y aves

Cuatro cavidades

2 aurícula 2 ventrículo

Nucleado

Mamíferos

Anucleado

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Biología - 5to Sec. Sistema Vascular - Acuífero

Sistema Cardio Vascular

Es una forma de sistema especial pre-sente en equinodermos. Este sistema permite la locomoción y adhesión del animal al sustrato (por lo general sustrato rocoso). Está formado por el canal pétreo, canal circular, 5 cana-les radiales y cada uno de estos con decenas de canales laterales. Cada uno de estos últimos presenta varios pies ambulacrales, que son al final estructuras adherentes (en forma de ventosa).

Sistema Cardio Vascular Humano

d) Morfología externa * Base: Corresponde a las aurículas y el nacimiento de las arterias aorta y pulmonar. * Vértice: Corresponde a la punta del corazón en relación con el ventrículo izquierdo. * Caras: Son tres, anterior o esternocostal, posterior o diafragmática y lateral o pulmonar. * Surcos: Son tres, interauricular, interventricular y aurículo-ventricular.

I. definición Es el conjunto de órganos encargados de permitir la movilización de la sangre para su distribución por todo el organismo. II. constitución El aparato circulatorio está conformado por corazón, vasos sanguíneos y vasos linfáticos.

e) Morfología interna

1. Corazón a) Definición Es un órgano muscular encargado de impulsar la sangre a todo el or-ganismo y funciona como una bomba aspirante e impelente.

El corazón presenta 4 cavidades: 2 aurículas y 2 ventrículos divididos por los tabiques interauriculares, interventriculares y las válculas aurículo-ventriculares vertical-mente, determinan a 2 corazones: uno derecho (con sangre hipo-oxigenada) y otro izquierdo (con sangre oxigenada) que no llegan a comunicarse.

b) Características * Forma: Tiene forma de un cono invertido. * Tamaño: Mide 10 cm de largo x 10 cm de ancho x 7 cm de diámetro. * Peso: Un promedio de 270 g (en mujeres, 250 g y en varones, 300 g). * Color: Rojo oscuro. c) Localización Se localiza en la cavidad torácica encima del músculo diafragma entre los 2 pulmones en el espacio denominado “mediastino medio”.

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Biología - 5to Sec. e.1. Las Aurículas * Son superiores, pequeñas, de forma cuboidea, de paredes del-gadas y en su cara interna presenta a los músculos pectíneos. * A las aurículas, llegan venas. * En la aurícula derecha desembocan: las venas cavas (sup. e inf.) y el seno venoso coronario, en la A.I. desembocan las 4 venas pulmonares. * La aurícula derecha se comunica con el ventrículo derecho mediante la válvula tricúspide. Y la aurícula izquierda se comunica con el ventrículo izquierdo a través de la válvula bicúspide.

* Cuando se lesiona su pared, la sangre fluye a chorro, en forma discontinua y de manera intermitente. * Son de recorrido profundo, ya que corren paralelos a músculos y huesos. * Generalmente son de menor diámetro que las venas. * La dilatación patológica de su pared se denomina “Aneurisma”. * Son elásticas, en ellas se percibe la onda del pulso.

e.2. Los Ventrículos * Son inferiores, grandes de forma piramidal o conoide, de paredes gruesas, y en su cara interna presenta a los músculos papilares y a las cuerdas tendinosas. * De los ventrículos, salen arterias. * En el ventrículo derecho nace la arteria pulmonar, mientras que en el ventrículo izquierdo nace la arteria aorta. * La arteria pulmonar lleva sangre venosa a los pulmones para su oxigenación y presenta 3 válvulas sigmoideas, las cuales contienen al nódulo de Morgagni. La arteria aorta distribuye la sangre a todo el organismo y presenta 3 válvulas sigmoideas, las cuales contienen al nódulo de Arancio.

2. Vasos Sanguíneos a) Definición Son conductos que forman una amplia red de órganos tubulares dis-puestos en circuito cerrado, encargados de transportar la sangre del corazón a los tejidos y viceversa. b) Componentes Son 3: arterias, venas y capilares.

b.1. Arterias * Se originan en los ventrículos del corazón y terminan en los capilares de los tejidos. * Son de conducción centrífuga porque alejan progresivamente la sangre del corazón. Llevan sangre del corazón a los diferentes tejidos. * Transportan sangre oxigenada o arterial, excepto la arteria pulmonar que lleva sangre venosa. * Se ramifican progresivamente, disminuyendo su calibre o diámetro. * Soportan altas presiones y la sangre circula a una alta velocidad. 94

b.2. Venas * Se originan en los capilares de los tejidos y terminan en las aurículas del corazón. * Son de conducción centrípeta porque conducen sangre hacia el corazón. Llevan sangre de los diferentes tejidos hacia el corazón. * Transportan sangre hipooxi-genada o venosa excepto las venas pulmonares que llevan sangre arterial. * Se ramifican progresivamente, aumentando su calibre o diámetro. * Soportan bajas presiones y la sangre fluye en forma continua (a goteo). * Son de recorrido profundo (entre músculos) y superficial (debajo de la piel). * Tienen mayor diámetro que las arterias. * La dilatación patológica de su pared se llama várice.

b.3. Capilares * Se localizan entre el final de la arteria y el inicio de la vena. * Sus paredes son finísimas, com-puestas por un epitelio simple plano llamado endotelio. * Su función es realizar intercambio de sustancias (gases, nutrientes y des-hechos). * Son los vasos sanguíneos más numerosos (10 mil millones).

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Biología - 5to Sec. VENAS Y ARTERIAS Los vasos sanguíneos son los conductos por los que circula la sangre. Hay tres clases: arterias, venas y capilares. La sangre sale del corazón por las arterias y llega a él por las venas.

Las venas llevan sangre de los tejidos al corazón. Sus paredes son más delgadas que las arteriales.

Los capilares unen ambos vasos. La circulación es completa: del corazón a los tejidos, de éstos al corazón, de éste a los pulmones y nuevamente al corazón para volver oxigenada a los tejidos.

Las arterias llevan sangre del corazón a los tejidos. Sus paredes son gruesas y expandibles.

Los capilares llevan la sangre interior de los tejidos. Unen las arterias con las venas.

Un esfínter precapilar, hecho de fi-bras musculosas, controla el flujo de la sangre a la entrada del capilar.

Arteriola

Vénula

Membrama básica Endotelio

Arteria

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Red capilar

Vena 95

Biología - 5to Sec. 3. Vasos linfáticos a) Definición Es un conjunto de conductos cerrados localizados entre los tejidos y los vasos sanguíneos que se encargan de recoger la linfa de los espacios intersticiales. a) Características * La linfa que recogen es semejante al plasma, con la diferencia de que su concentración proteica es menor. * Presentan válvulas en su recorrido. * Es su trayecto desembocan sobre pequeñas eminencias ovoideas llamadas ganglios linfáticos, en cuyo interior hay la presencia de nódulos linfoideos con contenido de linfocitos, macrófagos, limpiando así, la linfa. * Los vasos linfáticos, después de recolectar la linfa, desembocan en vasos sanguíneos.

b.3. Es doble, porque existen 2 circuitos dinámicos. * Circulación mayor (Aórtica). Se inicia en el ventrículo izquierdo y termina en la aurícula derecha. La sangre arterial se convierte en venosa a nivel de los tejidos. * Circulación menor (Pulmonar): Se inicia en el ventrículo derecho y termina en la aurícula izquierda. La sangre venosa se convierte en arterial a nivel de los alveolos pulmonares. IV. ciclo cardíaco A. Definición Es el conjunto de fenómenos hemodinámicos, hidrostáticos, eléctricos, mecánicos y acús-ticos, que se producen en las cavidades cardíacas con la fina-lidad de impulsar la sangre a la circulación general y permitir su retorno. Dura 0,8 segundos.

III. circulación A. Definición Es el movimiento de la sangre a través de los vasos sanguíneos por todo el organismo. El impulso lo da la acción sistólica del corazón.

ciclo cardÍaco

B. Características b.1. Es cerrada, porque la sangre circula por un sistema de vasos sanguíneos. b.2. Es completa, porque la sangre arterial no se mezcla con la venosa.

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Biología - 5to Sec. B. Etapas Son las siguientes: Sístole y Diástole. a) Sístole Es la contracción de las paredes cardíacas y comprende 2 fases: * Fase de contracción isovolumétrica: Consiste en la contracción parcial ventricular a válvulas cerradas. Se da cuando la presión ventricular es mayor que la auricular. Las válvulas aurículo-ven-triculares y las sigmoideas se cierran. No entra ni sale sangre del corazón y el volumen almacenado en cada ventrículo equivale a 120 ml. Dura 0,1 s. * Fase de Eyección: Es la expulsión de sangre de los ventrículos a las arterias. Se da cuando la presión ventricular es mayor que el de las arterias. Las válvulas sigmoideas se abren y ocurre la salida rápida de sangre por la gran presión, la cual, luego se da lentamente. Al final se habrán expulsado 70 ml de sangre. El proceso dura 0,2 s.

b) Diástole Es la relajación de las paredes cardíacas y comprende 2 fases. * Fase de relajación isovolumétrica: Consiste en la relajación par-cial ventricular a válvulas cerradas. Se da cuando la presión de las arterias es mayor que la de los ventrículos. Las válvulas sigmoideas y las aurículo-ventriculares permanecen cerradas. No entra ni sale sangre del corazón y el volumen almacenado en cada ventrículo equivale a 50 ml. El proceso dura 0,1 s.

* Fase de Llenado: Es el paso de sangre de las aurículas a los ventrículos. Se da cuando la presión auricular es mayor a la ventricular. Las válvulas aurículo-ventriculares se abren y ocurre el paso rápido de sangre por la elevada presión, luego pasa lentamente porque la presión disminuye. El 70% de la sangre ingresa al ventrículo y luego las aurículas se contraen y expulsan el último chorro de sangre. El proceso dura 0,4 s.

Ventrículo izquierdo

Ventrículo derecho

El primer ruido cardíaco se produce por el cierre de las válvulas aurículo-ventriculares en la fase de contracción isovolumétrica. El segundo ruido cardíaco se produce por el cierre de las válvulas sigmoideas en la fase de relajación isovolumétrica.

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

Sistema Respiratorio

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Sistema Respiratorio en los Animales 1. Evolución Los organismos unicelulares dependen por completo de la difusión, para el des-plazamiento y el intercambio de gases, asociados con la respiración interna. Conforme aumenta la complejidad de los organismos unicelulares a pluricelu-lares, las células internas quedan cada vez más lejos de la capa celular donde ocurre el intercambio gaseoso con el medio, lo que dificulta cada vez más la posibilidad de que éstas obtengan y eliminen gases por difusión. Es así como surgen, frente a este inconveniente, diversos modelos de aparatos respiratorios, como branquias y pulmones, surge asimismo la necesidad de un mecanismo de transporte que permita los gases llegar hasta los tejidos del animal, esta función la asume el sistema circulatorio. 2. estructuras de intercambio gaseoso

a. Branquias Representan la adaptación típica de la respiración de un medio acuático. Las branquias, en las cuales abundan los vasos sanguíneos donde se da el intercambio de gases, pueden ser desde prolongaciones sencillas de la superficie epitelial, como en algún gusano marino, hasta las intricadas unidades repetitivas cubiertas por complejas estructuras protectoras que se observa en los peces óseos. Según su posición, las branquias pueden ser: a) Branquias internas Son órganos formados por numerosos filamentos branquiales que se ubican por ejemplo en las ventanas de la laringe de los peces óseos (comúnmente se les llaman agallas). Pre-sentan eleva-da vascularización, de allí su color rojizo. Las branquias internas es-tán presentes también en el interior del manto de los pulpos y cala-mares.

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b) Branquias externas En aquellos vertebrados que pre-sentan branquias externas, éstas se presentan como filamentos ra-mificados muy vascularizados que emergen a cada lado del cuello del animal; en anfibios sin cola (sapos y ranas), sólo durante el estado de renacuajo, en salamandras acuáti-cas en estado adulto. Las branquias son inadecuadas para la vida en el aire, ya que una vez que han sido sacadas del agua, los filamentos branquiales se doblan y se pegan entre si. Un pez fuera del agua se asfixia rápidamente a pesar de la abun-dancia de oxígeno a su alrededor, además en el medio aéreo las branquias ofrecen una amplia su-perficie que favorecería la pérdida de agua.

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Biología - 5to Sec. b. Pulmones

Moluscos

Son estructuras especialmente adaptadas al medio terrestre y a la respiración aérea. Por ejemplo: en reptiles, aves y mamíferos. c. Superficie del cuerpo Muchos animales utilizan la superficie de su cuerpo, o sea sus tegumentos, para intercambiar gases, tal es el caso por ejemplo de los anélidos como la lombriz de tierra y unos cuantos vertebrados.

Los caracoles terrestres (gasterópodos) presentan una invaginación del manto, situado en la joroba visceral, llamada cavidad paleal. Esta cavidad paleal está muy vascula-rizada, por lo que actúa como pulmón. Además presenta una abertura de comunicación con el exterior llamada neumostoma. En los moluscos de vida acuática, como calamares, ostras, almejas, el intercambio gaseoso se da por unos pliegues epidérmicos llamados branquias.

3. tipos de respiración a. Respiración directa La respiración directa se da cuando el intercambio de gases se realiza directamente entre el medio ambiente y las células del organismo, sin la intervención de un órgano respiratorio. Debido a que en el medio externo la concentración de oxígeno es mayor que en el medio interno, este gas ingresa por simple difusión. La respiración directa se presenta en organismos como poríferos, celentéreos, platelmintos y nemátodos. Los poríferos y celentéreos toman el oxígeno disuelto en el agua, a su vez expulsan el CO2. En organismo parásitos como tenias (platelmintos) y oxiuros (nemátodos), se requiere poco oxígeno para su metabolismo, por lo que se les denomina microaerofilos.

Anélidos En los anélidos, el intercambio de gases tiene lugar a través de la superficie del cuerpo, el que está humedecido con mucus, como ocurre en la lombriz de tierra, de actividad nocturna, que vive en galerías subterráneas húmedas.

b. Respiración indirecta Este tipo de respiración es característico en animales de gran tamaño, por lo que es necesario la presencia de un órgano respiratorio, capaz de transportar los gases desde el medio ambiente hacia el sistema circulatorio y viceversa. El órgano respiratorio se caracteriza por presentar un epitelio delgado y muy vascularizado (muchos vasos sanguíneos). Además el epitelio debe ser húmedo para capturar gases.

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Artrópodos El intercambio gaseoso en los insectos se realiza mediante la tráquea. Las tráqueas son tubitos quitinosos que se ramifican por todo el cuerpo del insecto. Estas ramificaciones microscópicas se denominan traqueolas, las cuales están humedecidas y son tan numerosas que las células se oxigenan de ella. Las arañas respiran mediante el pulmón en libro, que se ubica en la región abdominal. Los crustáceos, como los cangrejos, respiran por las branquias.

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Biología - 5to Sec. Equinodermos En las estrellas de mar la dermis origina papulas (branquias dermales) sobre la superficie corporal, las cuales son utilizadas para el intercambio de gases. Además también utilizan los pies ambulacrales. Cada papula de paredes finas, es una prolongación del celoma, por lo que los gases son intercambiados automáticamente entre el líquido celómico y el agua.

Reptiles

Peces La respiración se efectúa mediante branquias. En los peces cartilaginosos se presenta las hendiduras branquiales, siendo la primera pequeña denominada espiráculo. En los peces óseos la respiración se da por 4 pares de branquias, sostenidas por cuatro arcos branquiales. Cada branquia tiene una hilera doble de filamentos branquiales, de color rojo, debido a la presencia de muchos capilares. Las branquias de estos peces presenta una estructura protectora llamada opérculo.

En todos los reptiles la respiración es pulmonar. Los pulmones presentan tabiques o septos, los que ofrecen una mayor superficie de intercambio gaseoso y una mayor eficiencia. Los ofidios, como las serpientes, presentan sólo el pulmón derecho funcional, el pulmón izquierdo se halla atrofiado. Las tortugas marinas, además de respiración pulmonar, presentan respiración cloacal, para ello por su cloaca vascular izada toma el O2 que se halla disuelto en el agua. Aves El intercambio gaseoso se realiza mediante 2 pequeños pero eficientes pulmones. El aire inhalado es llevado por la tráquea a los bronquios, y de ahí a los pulmones, donde se encuentran los parabronquios, con capilares para la hematosis, los cuales realizan el intercambio gaseoso en la inspiración y exhalación. Las aves presentan sacos aéreos que actúan también como refrigerantes, disminuyendo el calor excesivo del cuerpo. A nivel de la división de la tráquea en bronquios se encuentra un órgano fonador llamado siringe, el cual permite el canto característico.

Anfibios En los sapos y ranas, el intercambio gaseoso se realiza por la piel, el pulmón y la bucofaringe. La piel es el principal órgano respiratorio debido a su gran superficie. Los pulmones son pequeños y tiene forma de saco simple, por lo que no son eficientes. En las larvas de anfibios, debido a su vida acuática 3 pares de branquias que sobresalen del cuerpo.

Mamíferos Todos los mamíferos presentan respiración pulmonar, hasta los acuáticos como las ballenas. Se caracterizan por ser lobulados. Los pulmones se alojan en la cavidad pleural, limitados por el diafragma, que es un

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Biología - 5to Sec. músculo que interviene en la entrada y salida de gases. El intercambio de gases (hematosis) se realiza a nivel de los alveolos que están rodeados de capilares sanguíneos. La emisión de sonidos es posible por la presencia de cuerdas vocales que se ubican en la laringe.

* Inferior: Formada por los huesos palatinos y el maxilar superior. * Externa: Representada por los cornetes, superior, medio e inferior. * Interna: Representada por el tabique nasal. c) Regiones Presenta 3 regiones:

Sistema Respiratorio Humano I. definición Es un conjunto de órganos que intervienen en la captación del aire del medio ambiente (medio externo) con la finalidad de proporcionarlo a la sangre (medio interno) y recoger al mismo tiempo el anhídrido carbónico para su eliminación.

* Región vestibular: Es la porción más anterior de la fosa nasal representada por las narinas. Presenta una cu-bierta semejante a la piel con finos pelos llamados vibrisas encargados de filtrar el aire (retener el polvo). * Región respiratoria: Se halla por encima de la zona ante-rior, es de color rojo o rosado por la gran cantidad de vasos sanguíneos. Está formada por los cornetes medio de inferior y los meatos. En esta región se purifica, humedece y calienta el aire inspirado. * Región olfatoria: Se halla por encima de la respiratoria, es de color amarillo. Está formada por los cornetes superiores y los meatos; aquí se localiza las terminaciones del nervio olfatorio, es por ello que en esta región se recepcionan los estímulos olorosos.

II. componentes Son las vías respiratorias y los órga-nos respiratorios. * Vías respiratorias: Comprende a las fosas nasales, faringe, larin-ge, tráquea y bronquios. * Órganos respiratorios: compren-de a los pulmones.

1. Fosas nasales a) Definición Son dos pequeñas cavidades de paredes óseas revestidas por la mucosa nasal, situadas en la parte media de la cara debajo de las fosas orbitarias y encima de la boca, divididas por el tabique nasal. b) Caras Presenta 6 caras: * Anterior: Se hallan las nari-nas que se comunican con el medio externo. * Posterior: Presenta a las coanas, que se comunican con la faringe. * Superior: Formada por la lámina cribosa del hueso etmoides. 104

d) Senos Paranasales Son cavidades óseas, pares y llenas de aire que se comunican con las fosas nasales mediante los meatos superior y medio y se hallan revesti-das por la mucosa nasal. Su inflamación se denomina “sinusitis”. Tiene como función, disminuir el peso del cráneo, servir como cavidad de resonancia y calentar el aire inspirado. Los senos paranasales son los siguientes: * * * *

Maxilares Etmoidales Esfenoidales (sigmoideos) Frontales

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Biología - 5to Sec. * Laringofaringe (Hipofaringe): Se localiza por detrás de la laringe comunicándose con ésta y con el esófago. Es una vía exclusivamente digestiva. e) Funciones Posee función respiratoria y digestiva, debido a que permite el paso del aire y de los alimentos, respectivamente.

3. Laringe a) Definición

2. Faringe

Es un conducto muscular cartilaginoso situado en la parte media y anterior del cuello, específicamente delante de la hipofaringe y sobre la tráquea.

a) Definición Es el conducto muscular situado detrás de las fosas nasales, boca y laringe, por encima del esófago y por delante de la columna cervical. b) Forma y tamaño Es tubular y mide aproximadamente de 12 a 14 cm de longitud por 3 ó 4 cm de ancho.

b) Forma y tamaño Es un órgano tubular que mide aproximadamente 5 cm de largo por 4 cm de ancho. Se compone de ligamentos y músculos. c) Constitución Se compone de 6 cartílagos: * Epiglotis: Cierra el conducto de la laringe en el momento de la deglución. * Tiroides: Asemeja a un “Libro abierto” y presenta 2 pares de cuerdas vocales. * 2 cartílagos aritenoides. * 2 cartílagos corniculados. * 2 cartílagos cuneiformes.

c) Límites Tiene como límite superior a las coanas y como límite inferior a la vértebra cervical número seis. d) División Existen 3 porciones: * Rinofaringe (Nasofaringe): Se localiza detrás de las fosas nasales co-municándose con éstas a través de un agujero llamado coana. A este nivel se encuentra la desembocadura de la Trompa de Eustaquio que comunica a la rinofaringe con el oído medio. Es una vía exclusivamente respiratoria. * Orofaringe (Bucofaringe): Se localiza detrás de la boca y constituye una vía mixta porque es respiratoria y digestiva.

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d) Funciones * Transporte y purificación del aire. * Actúa como una válvula entre la vía respiratoria y digestiva: Función realizada por el cartílago epiglotis. * Interviene en la fonación. * Permite la tos y la expectora-ción. 105

Biología - 5to Sec. 4. Tráquea a) Definición Es un conducto cartilaginoso muscular que comunica la laringe con los bronquios y se ubica debajo de la laringe y por delante del esófago. b) Tamaño Mide de 12 a 14 cm de longitud por 2 cm de diámetro. Está conformado por 16 a 20 anillos cartilaginosos. El último anillo traqueal se llama carina, en donde nacen los 2 bronquios.

Bronquio

Derecho

Izquierdo

Longitud

2,5 cm

4,5 cm

Diámetro

1,5 cm

1 cm

30º (vertical)

45º (horizontal)

Divisiones Lobares

3

2

Divisiones Segmentarias

10

8

Característica

Orientación o Dirección

c) Divisiones

c) Funciones * Transporte de aire desde la laringe hacia los bronquios y viceversa. * Purificación del aire inspirado.

* Los bronquios se van a dividir en forma continua y en 2, formando el árbol bronquial o respiratorio. La división se da tanto en bronquios como en bronquiolos. * Los bronquios principales ingre-san al pulmón y se dividen en bronquios lobares: el derecho en 3 y el izquierdo en 2. * Los bronquios lobares se rami-fican en segmentarios: 10 en el derecho y 8 en el izquierdo. * Los bronquios al convertirse en bronquiales disminuyen su diá-metro (< 1mm). * Cada bronquiolo ingresa a un lo-bulillo pulmonar en cuyo interior se divide en 5 ó 7 bronquiolos terminales, en donde terminan las vías de conducción. d) Función Transporta y purifica el aire inspirado.

5. Bronquios a) Definición Son dos conductos cartilaginosos que nacen del último anillo traqueal llamado carina y que se bifurcan formando un ángulo de 75º. b) Características * Están conformados por anillos cartilaginosos revestidos por tejido muscular. * El bronquio derecho es grueso, pequeño y casi vertical. * El bronquio izquierdo es delgado, largo y casi horizontal. * Se separan de la tráquea a través de una pequeña prominencia llamada carina formando un ángulo aproximado de 75º. 106

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Biología - 5to Sec. 6. Pulmones a) Definición Son 2 órganos de consistencia blanda, elástica y distensible que se ubican en el tórax protegidos por las costillas y las pleuras. Constituyen órganos esenciales para la respiración y en ellos se realiza el intercambio gaseoso. b) Forma y tamaño Tiene forma piramidal con una base cóncava que descansa sobre el mús-culo diafragma. Mide aprox. 25 cm de alto por 16 cm de ancho. c) Peso y color El derecho pesa aproximadamente 600 g y el izquierdo 500 g. El color del pulmón depende de la edad y contaminación ambiental, siendo éste en el feto, de color pardo; en el niño, rosado; en el adulto, grisáceo y en el anciano, azul negruzco.

Tráquea Lleva aire de la garganta a los pulmones.

Nódulos linfáticos Filtran fluidos de los pulmones y defienden el cuerpo contra las infecciones.

Bronquios Se ramifican desde la tráquea y llevan el aire hasta cada lóbulo en los pulmones. Lóbulos Son distintas secciones de los pulmones. Pared pulmonar Compuesta de costillas y músculos. Espacio pleural Situado entre los pulmones y la pared pulmonar.

d) Caras Presenta 3 caras: * Cara externa: Está en relación con las costillas, por ello es llamada también cara costal.

e) Características * Los pulmones están divididos en lóbulos mediante unas depresio-nes profundas llamadas CISU-RAS: el derecho tiene 2 cisuras y el izquierdo tiene una. * Los lóbulos pulmonares son porciones grandes del pulmón delimitado por las cisuras. El pulmón derecho tiene 3 lóbulos y el izquierdo posee dos. * Los segmentos pulmonares son porciones medianas del pulmón, situados a nivel de los lóbulos. El pulmón derecho tiene 10 seg-mentos y el izquierdo, ocho. * Los pulmones se hallan constitui-dos por los lobulillos pulmonares, los cuales constituyen la unidad anatómica y funcional del pul-món. A su vez, el lobulillo pulmonar está conformado por unos sacos llamados alveolos, los cuales se hallan en una cantidad aproximada de 300 millones y proporcionan una superficie de contacto con el aire. * Los componentes del lobulillo pulmonar son: el bronquiolo lobulillar, bronquiolo terminal, bronquiolo respiratorio, conduc-to alveolar y saco alveolar. f) Alveolo pulmonar Es un pequeño saco aéreo encar-gado principal de la hematosis. Está formado por 2 tipos de células principales. El neumocito I y el neumocito II. * Neumocito I: Es una célula epitelial que va a conformar las paredes del alveolo (determina la arquitectura alveolar).

* Cara interna: Está en relación con el mediastino, por ello es llamada también cara mediastínica. Posee al HILIO pulmonar que permite el pasaje del pedículo pulmonar compuesto por bronquio principal, arteria pulmonar, arteria bronquial y venas pulmonares. * Cara inferior: Está en relación con el músculo diafragma, por ello es llamada también cara diafragmática.

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Biología - 5to Sec. * Neumocito II: Es una célula epitelial cuya principal función es elaborar una sustancia lipoproteíca llamada “sustancia surfactante”, que permite el intercambio de gases y evita el colapso pulmonar (atelactasia).

• Espiración: Es el fenómeno de la expulsión del aire inspirado; depende de la relajación de los músculos inspiradores y la acción de los músculos abdominales, los que al reducir la capacidad torácica, au-mentan la presión interna (763 mm Hg), y por diferencia de presión el aire sale, siendo el trabajo pulmonar activo pero pasivo para el tórax.

g) Funciones Pulmonares

g.1. No respiratorias * Elabora la sustancia surfactante o tensioactiva. * Sintetiza anticuerpos. * Cumple función antiinfecciosa debido a la presencia de los macrófagos alveolares.

g.2. Respiratorias * Ventilación: Es un fenómeno mecánico que depende de la actividad de los músculos respiratorios, que al aumentar o disminuir la capacidad torácica varían la presión interna en relación a la presión atmosférica y de esta manera movilizar el aire en los pulmones. Se divide en 2 etapas:

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• Inspiración: Es el fenómeno de la toma de aire atmósferico: depende de la contracción de los músculos inpiradores (principalmente el diafragma), los cuales aumentan la capacidad torácica pero disminuyen la presión interna (757 mm Hg) lo que permite que el aire ingrese a los pulmones por diferencia de presión. El trabajo pulmonar es pasivo, mientras que el torácico es activo.

* Intercambio de gases: Es un fenóme-no químico que permite la captación del oxígeno y la eliminación del dióxido de carbono, depende de la concentración de gases y la presión que pueda presentar en ese instante. Ocurre en 2 niveles: • Externo: Se realiza entre los alveo-los y los vasos sanguíneos a través de la membrana respiratoria. Se llama hematosis. • Interno: Ocurre entre los vasos sanguíneos y los tejidos. Se llama homeostasia o respiración tisular.

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

Sistema Digestivo

1. Introducción

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Tipos de sistemas digestivos

Las plantas forman sus tejidos a partir de sustancias inorgánicas mediante la fotosíntesis, empleando energía luminosa. Los animales obtienen su alimento a partir de las plantas u otros animales que logran devorarlos. El alimento conseguido se emplea en dos objetivos importantes como son: • Combustible metabólico para el suministro de energía. • Fuente de sustancias para el crecimiento y desgaste. Después de obtenerse (alimentación), se descompone en moléculas sencillas (digestión) y luego a las células y/o tejidos (absorción), donde ulteriormente se emplea (metabolismo).

a. Incompleto Cuando el orificio de entrada, que es la boca, también sirve para que se expulse los residuos de la digestión, es decir actúa como ano. Este tipo se aprecia en los Celenterados y Platelmintos.

b. Completo Se denomina así, por que el ali-mento entra por la boca, pasa por varios órganos para ser almace-nado, digerido y absorbido, y los residuos son expulsados por el ano en el extremo opuesto. Este tipo se verifica desde los nemátodos hasta los cordados.

4. Sistema Digestivo en Invertebrados:

2. Alimento Material que luego de consumido y procesado proporciona energía (Eº).

3. Sistema digestivo

A. poríferos Las esponjas capturan y digieren su alimento microscópico mediante los coanocitos que tapizan los conductos internos. Su digestión es intracelular.

Conjunto de órganos encargados de los procesos de ingestión, digestión y absorción de los materiales a utilizar en las células. Posteriormente ocurre la egestión. * Ingestión: Consiste en la toma del alimento, puede ser por captura masiva, filtración, etc. * Digestión: Procesamiento catalítico del alimento, llevando las macromoléculas a micromoléculas, con ayuda de las enzimas. * Absorción: Es la toma de nutrientes, su traslado y posterior aprovecha-miento en las células. * Egestión: Es la etapa final, en la cual se expulsa la materia no aprovechable. 112

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Biología - 5to Sec. B. celenterados Presentan una boca que comunica con una cavidad gastrovascular en forma de saco (enterón), tapizada por unas células digestivas especiales, la gastrodermis. El alimento digerido pasa por difusión a cada célula.

F. nematelmintos La boca presenta labios o dientes, se continúa con una faringe musculosa, el intestino es largo y tubular cubierto de una cutícula, culmina en el ano. La digestión es extra e intracelular. g. moluscos Tomando en cuenta el “caracol de jardín” presenta: boca, faringe muscular con una máxila córnea dorsal y una rádula ventral, esófago alargado, gran buche, estómago redondeado, intestino largo y el ano.

c. ctenóforos Portan generalmente flagelos con coloblastos, donde se le adhiere su alimento, para llevarlos a la boca que conduce a la faringe, donde empieza la digestión extracelular, le sigue el estómago del cual parten conductos digestivos. El sistema es gastrovascular. Los residuos salen por los “poros excretores” o por la boca. D. rotíferos El “tubo digestivo” tapizado por cilios, excepto en la faringe. Se inicia en la boca, faringe musculosa o máxtax, (prensa dentaria), esófago, estómago, intestino corto, cloaca oval y el ano. Se considera arbitrariamente estos términos, sin ser un sistema digestivo propiamente dicho.

H. anélidos

e. platelmintos Ingieren alimento mediante una proboscis, se segrega endopeptidasas para digerir los tegumentos y luego las sustancias digeridas. La digestión se completa en el intestino ramificado. Las tenias no presentan sistema digestivo, se nutren por absorción a través de su epidermis.

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Comprende boca, faringe con fibras musculares, el esófago recto y largo, donde desembocan tres pares de glándulas calcíferas; un buche, una molleja tapizada interiormente por una cutícula; y además el intestino continúa y culmina en el ano. En el intestino se presenta el tiflosol que sirve para la digestión y absorción de alimentos. Externamente se ubica la cloragoga que distribuye la grasa o la eliminación de desechos de la sangre. 113

Biología - 5to Sec. I. artrópodos La boca presenta ciertos dispositivos propios de cada especie, es así como presentamos los siguientes ejemplos: * Grillos, saltamontes, mantis religiosa: aparato bucal masticador. * Zancudos y mosquitos: aparato bucal picador - chupador. * Mariposas: aparato bucal succionador. * Moscas: aparato bucal lamedor. Le sigue a estos aparatos, el esófago tubular, el estómago, un intestino medio corto, un intestino alargado hasta el ano. Esto con referencia a un “camarón de río”.

Cefalotórax

araña

Estómago succionador

Cerebro

Abdomen Corazón

Ojos Glándula Venenosa Boca Quelionero

Hileras Pulmón Ovario Tubo digestivo

Estómago

Pluma o concha interna

Cónada

calamar Ojo Corazón tranqueal Bronquio Cavidad del manto

Ano

Saco de la tinta 114

Rádula Mandíbula Sifón

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Biología - 5to Sec. J. equinodermos

b. osteíctios

Los erizos de mar presentan sistema digestivo completo. Se inicia en la boca, le sigue la linterna de Aristóteles que es una especie de canastilla con 5 dientes quitinosos. El intestino que es largo presenta repliegues radiales.

Su alimentación es diversa, existen carnívoros, herbívoros y filtradores. Su tubo digestivo se inicia con una boca terminal, no hay glándula salival, la lengua es pequeña en el suelo de la boca. La faringe se comunica hacia las branquias, donde se retienen las partículas suspendidas continuando luego por el esófago que es corto. El estómago curvo termina en la válvula pilórica, donde desembocan los ciegos pilóricos que secretan enzimas. El hígado y páncreas desembocan en el intestino que termina en el ano.

5. Sistema Digestivo de animales Vertebrados A. Condrícties Son principalmente carnívoros y su tubo digestivo se inicia con una boca ventral, dientes agudos, una lengua plana fija al suelo de la boca; le sigue una ancha faringe con aberturas laterales que conectan con las mandíbulas branquiales, esófago corto, estómago en J, el cual termina en la válvula pilórica, intestino con válvulas en espiral que reducen la velocidad de paso de los alimentos y favorecen la absorción.

c. anfibios

El gran hígado y páncreas desembocan en el intestino. Al final del intestino hay una glándula rectal para la eliminación de exceso de sales. El tubo digestivo termina en la cloaca.

Las ranas y los sapos son carnívoros depredadores. Su alimento lo constituyen insectos, lombrices y arañas. Poseen una boca ancha provista de una lengua protáctil emergente fijada en su región anterior; la región posterior produce secreción y emerge para atrapar a las presas. Poseen dientes para evitar el escape del alimento.

Estómago

Columna Vertebral

Ojo

Abertura Branquial Corazón

Aletas dorsales

Riñón

Hígado

Intestino Aleta Pectoral

Tiburón

Aleta caudal Aleta Pélvica

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El tubo digestivo que carece de diferenciación notoria (posee estómago tubular e intestino delgado y grueso) desemboca en la cloaca hacia donde llegan los restos de la alimentación que a su vez eliminan a través del ano. Poseen hígado y páncreas como glándulas accsesorias. Los estados larvarios son normalmente herbívoros; se alimentan de algas y otras materias vegetales, por lo cual tienen un tracto digestivo largo. 115

Biología - 5to Sec. Intestino Intestino grueso Boca Lengua Esófago

Molleja

delgado

Proventrículo

Buche Vesícula Bilial Hígado

Duodeno Ciegos Pancreas

f. mamíferos

d. reptiles Las tortugas son adontos, es decir carecen de dientes, presentan un pico denominado ranfoteca. Los caimanes y los cocodrilos presentan dentición homodonta y estómago globular. El estómago globular es una cámara muscular que interviene en la trituración de alimento y en la digestión química. El intestino desemboca en la cloaca que se abre al exterior por medio de la abertura cloacal también llamada ano. Presentan hígado y páncreas como glándulas anexas. Las serpientes heterodontas presentan colmillos, algunos asociados a una glándula venenosa poseen boca con mandíbula adaptada para la deglución de grandes presas. El alimento es triturado a nivel de cavidad estomacal y porciones terminales del esófago.

Presentan tubo digestivo completo: la boca está provista de piezas dentales que varían de acuerdo a la nutrición. Mayor número de molares en los herbívoros, caninos desarrollados en los carnívoros. El tubo está provisto de glándulas anexas para una digestión extracelular, como las glándulas salivales, hígado y páncreas. La digestión se realiza en el estómago e intestino; la longitud intestinal es variable de acuerdo al alimento, por ejemplo, los herbívoros presentan intestino largo y los carnívoros un intestino corto. Los rumiantes (ciervo, oveja, jirafa, vaca) se caracterizan por presentar estómago tetralocular (dividido en cuatro cámaras): panza (rumen), bonete (redecilla), libro (omaso), cuajar (abomaso). En la panza y el bonete se almacena temporalmente el alimento, regresando a la boca; de la boca retorna al estómago pasando a través del libro al cuajar. El cuajar es el verdadero estómago de los rumiantes, porque se segrega el jugo gástrico. La panza posee bacterias que degradan celulosa, y el libro absorbe agua, éste falta en camellos y vicuñas. La absorción de nutrientes se realiza en el intestino, este finaliza en el ano. Los conejos y caballos son herbívoros no rumiantes, carecen de un estómago dividido en cámaras y la fermentación de celulosa se realiza en un ciego cólico al inicio del intestino grueso.

e. aves La alimentación es diversa, desde granívoros, rapaces carnívoros y carroñeros. El tubo digestivo se inicia con la dilatación ranfoteca (pico córneo). Las granívoras tienen buche, una dilatación esofágica que almacena temporalmente alimento. El proventrículo (estómago anterior o glandular) secreta enzimas que realizan la digestión química de los alimentos. El ventrículo (estómago posterior o molleja) realiza la trituración del alimento. La cloaca actúa como una cámara común para los gametos, la orina y las heces; en ésta se mezcla la orina y las heces formando el guano. Presentan hígado y páncreas como glándulas anexas. 116

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Biología - 5to Sec. Sistema Digestivo Humano Es un conjunto de órganos que se encargan de la transformación de los alimentos a niveles mucho más simples (glúcidos, lípidos, aminoácidos), mediante la digestión mecánica (masticación) y la digestión química (enzimas digestivas). Las sustancias no absorbidas se eliminan con las heces. Componentes: a. Tubo digestivo: Boca, faringe, esófago, estómago e intestinos delgado y grueso.

a.1. Estructura dental: Esmalte, marfil, cemento, pulpa dental. a.2. Tipos de dientes: Incisivos, caninos, premolares, molares. a.3. Denticiones: Temporal: también llamados dientes caducos, deciduos o de leche. Aparecen aproximadamente a los 6 meses. Permanentes: Reemplaza a los dientes caducos, aparecen aproxima-damente a los 6 años.

b. Glándulas anexas: Salivales, hígado y páncreas.

b) Lengua Es un órgano muscular situado en el piso de la boca, es móvil y se divide en 2/3 anterior o porción palatina y 1/3 posterior o porción faringea (límite la V lingual). b.1. Papilas linguales: * Papilas filiformes, llamadas también foliáceas. * Papilas fungiformes, permiten la percepción de los sabores. * Papilas caliciformes. * Papilas foliadas, son inconstantes.

a. Tubo digestivo

Boca:

b.2. Funciones: * Formación del bolo alimenticio. * Percepción de los sabores. * Deglución del bolo alimenticio. * Articulación de las palabras.

Es una cavidad ovoidal, situada en el tercio inferior de la cara, internamente se le divide en vestíbulo oral, que comprende desde los labios hasta la arcada dental, hasta el itsmo de las fauces.

a) Dientes Son estructuras sólidas que se implantan en los alveolos dentarios de los huesos máxilares. Los dientes poseen 3 partes: raíz, cuello y corona.

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Biología - 5to Sec. Faringe: Es un conducto común para la deglución de los alimentos (orofaringe y laringo faringe) y la respiración (toda la faringe).

Esófago: Es un conducto muscular que comunica la faringe con el estómago, mide de 20 a 25 cm de largo y posee una luz virtual. Está constituido por una doble capa muscular: circular interna y longitudinal externa (CILE). Funciones: * Transportar el bolo alimenticio hacia el estómago mediante movimientos peristálticos. Cavidades Nasales Cartílago tiroides Tiroides Tráquea Bronquio Derecho Esófago

Diafragma

Arco Aórtico Bronquio derecho Esófago Aorta Ascendente Aorta DescenEstómago dente

Paladar Cavidad oral Lengua Faringe Arco Aórtico Tráquea Aorta Descendente Arco Aórtico Diafragma Diafragma

Tiroides Tráquea Bronquio Derecho Esófago Diafragma

Estómago

Estómago: Es la porción más dilatada del tubo digestivo, se relaciona con el esófago y el duodeno, se halla debajo del músculo diafragma. Tiene una forma de “J”, su capacidad es de 1,5 litros de promedio. El estómago posee dos orificios (cardias - esófago y píloro - duodeno).

Esfínter Pilórico

Esófago

Criptas gástricas Células secretoras de mucosidad Células principales (pepsinógeno) Células parietales (HLI) Muscular de la mucosa Mucosa 118

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Biología - 5to Sec. a) Glándulas gástricas a. Del cardias: Son escasas, tubulares y elaboran un moco lubricante. b. Del fondo y cuerpo: Son las más importantes y abundantes, elaboran el jugo gástrico; dentro de ellas existen 4 tipos de células.

Yeyuno Duodeno

b.1. Células mucosas: Elaboran el moco protector. b.2. Células principales u oxínticas: Elaboran el HCl y el factor intrínseco de Castlé (antianémico). b.3. Células argentafines: Elaboran serotonina, enteroglucagón y gastrina. c. Del píloro: Están conformadas por células argentafines y elaboran gastrina. Escotadura cardíaca Esófago Arteria Gástrica Izquierda Vena Gástrica Izquierda

Bulbo duodenal

Curvatura menor del estómago

Fórnis Gástrico Fundus gástrico

Cuerpo del estómago

Píloro

Curvatura mayor del estómago

Ileón

A) Duodeno Es la primera porción, es fija, corta (25cm) y ancha, en ella se encuen-tra las glándulas de Brunner, las cuales elaboran moco alcalino (pH 8,2 a 9,3).

B) Yeyuno Mide de 4 a 6 metros, es la porción más larga del intestino. Posee las válvulas de Ker Kring, conniventes o lamelas, presenta también las vellosidades y microvellosidades intestinales para la absorción de nutrientes.

Antro Pilórico

Capilar Linfática

Porción horizontal del duodeno Porción descendente del duodeno

Arteriola Vellocidad intestinal

b. Funciones: * Elabora el jugo gástrico en una cantidad de 2,5 litros en promedio, el cual será formada por las secreciones de las células gástricas y tiene un pH de 1,5 a 2,5. * Por su bajo pH tiene acción antibacteriana, absorbe agua, acohol y forma el quimo.

Intestino delgado: Es la porción más delgada pero a su vez la más larga del tubo digestivo ya que mide de 7 a 8 metros de longitud. Se extiende desde el píloro hasta la válvula ileocecal y está conformando las asas intestinales. Posee las siguientes regiones:

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Vénula

C) Ileón Está después del yeyuno, no tiene un límite definido y termina en la válvula ileocecal. En él se encuen-tran las placas de Peyer, que son nódulos linfáticos. 119

Biología - 5to Sec. Funciones:

c) Recto

* Elabora el jugo intestinal con los siguientes componentes: enterocinasa, la amilasa y lipasa intestinal. * Forma el quilo. Elabora las hormonas secretina y colecistoquinina. * Absorción de nutrientes:  Vía sanguínea: Aminoácidos, agua, sales y vitaminas hidrosolubles (C y complejo B).  Vía linfática: Ácidos grasos, glicerol y vitaminas liposolubles (A, D, E y K).

d) Canal anal

Es la porción final del colon, posee a las válvulas de Morgagni (externas) y a las de Houston (internas). Forma la ampolla rectal.

Posee el esfínter interno o involuntario y el esfínter externo o voluntario. Regula la salida de la materia fecal. Colon transverso

Intestino grueso:

Colon ascendente

Es la porción final, más gruesa, se dispone en forma de marco (marco colónico) y mide 1,5 m. Básicamente se divide en 4 porciones:

Colon descendente

Ciego

a) Ciego

Recto

Presenta el apéndice cecal o vernicular y la válvula ileocecal.

Ano

Funciones

b) Colon Posee 4 segmentos, que son el ascendente, transverso, descendente y sigmoides. Presenta a las haustras y las tenias cólicas (3). Internamente el colon posee a la flora bacteriana.

* Reabsorción de agua y sodio (en la mitad derecha del colon), también anestésicos y esteroides. * Formación y eliminación de las heces o material fecal (en la mitad izquierda del colon). * Síntesis y absorción de las vitami-nas K y B12.

Duodeno Bazo Ángulo Cólico derecho

Ángulo Cólico Izquierdo

Colon transverso

Colon ascendente

Colon descendente

Ileón Mesenterio Ciego Apéndice

Colon sigmoide

Recto Músculo esfínter externo del ano

120

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Biología - 5to Sec. B. glándulas anexas

Funciones

a. Glándulas salivales: Conjunto de glándulas periféricas a la boca. Elabora la saliva, la cual está compuesta por agua, iones (Na+, K+, Ca2+, Cl- y HCO3-) y la enzima amilasa salival. GLÁNDULA Ubicación Conducto Desembocadura Saliva Volumen

PARÓTIDA

SUBMAXILAR

SUBLINGUAL

Preauricular

Fosa submaxilar

Fosa sublingual

Stenon

Wharton

Rivinus

2a. molar sup.

Frenillo lingual

Frenillo lingual

Serosa

Seromucosa

Mucoserosa

20%

70%

5%

* Mantiene húmeda la cavidad oral. * Interviene en la di-gestión inicial del almidón. * Forma el bolo ali-menticio. * Favorece la deglu-ción.

b. Páncreas Es una glándula mixta de forma alargada, presenta cabeza, itsmo, cuerpo y cola, es de color plomizo. Internamente posee un conducto principal o de Wirsung y un accesorio deSantorini. El jugo pancreático que es elaborado, tiene un pH de 8,2 y está compuesto de: • • • • •

Tripsinógeno Amilasa pancreática Quimiotripsina Bicarbonato Elastasa, entre otras enzimas. • Lipasa pancreática

Ligamento redondo Lobulo hepático derecho

Ligamento falsiforma Lobulo hepático izquierdo

Vesícula Bilial Conducto Cístico Vena porta Vena caba inferior

Conducto hepático común Arteria hepática propia Arteria esplénica Conducto Colédoco

Cola del páncreas

Porción descendente del duodeno Porción mayor del duodeno Porción de Vater Cabeza del Páncreas

Conducto pancreático

Arteria Mesentérica superior Ángulo Duodenoyeyunal Vena Mesentérica superior

c. Hígado Es la glándula más voluminosa del organismo, se le ubica en el hipocondrio derecho, es de color rojo vinoso. Tiene forma lobulada y presenta 4 lóbulos (derecho, izquier-do, caudado y cuadrado). Tiene un peso de 1,5 kg sin sangre, son sangre hasta 2,2 kg. Se halla envuelto por la cápsula de Glisson. El hígado posee una doble irrigación, la nutricional de la arteria hepática y la funcional de la vena porta.

Funciones * * * * * * *

Producción de bilis. Metabolismo de los glúcidos. Síntesis de proteínas plasmáti-cas. Síntesis de urea. Acción detoxificante. Metabolismo de la mayoría de fármacos. Almacenamiento de hierro y vitaminas (A, K y complejo B).

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121

Biología - 5to Sec.

Capítulo

Sistema Excretor

11

Introducción

El sistema excretor en los invertebrados

Durante el proceso de evolución de los animales surgieron sistemas excretores que permitieron la adaptación a muchos ambientes distintos.

a) Invertebrados sin sistema excretor Las esponjas y los celentéreos carecen de órganos excretores especializados, por ello los desechos nitrogenados son eliminados por toda la superficie corporal. El principal desecho nitrogenado que eliminan es el amoniaco (NH3), clasificándose por esa razón como amoniotélicos. También pueden producir uréa y ácido en pequeñas cantidades, los productos excretados salen por el simple mecanismo de difusión.

Los animales que sobreviven hasta la actualidad, demuestran su capacidad de excreción y osmorregulación para responder favorablemente al ambiente. Existen diferentes medios osmóticos, así también diferentes sistemas excretores y osmorreguladores de los animales, para mantener un medio interno (homeostasis) que le permite sobrevivir en esta lucha constante por la vida.

b) Invertebrados con sistema excretor

Los productos de excreción se relacionan con la nutrición del animal. Si se consume alimentos ricos en glúcidos y lípidos, se elimina poco desecho nitrogenado. Si se consume alimentos ricos en proteínas, se elimina abundante desecho nitrogenado en la orina. Estos nutrientes aportan los elementos (aminoácidos) necesarios para el crecimiento, formación de estructuras y renovación de tejidos, aunque aportan pocas calorías.

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Platelmintos Las planarias poseen protonefridios como órganos excretores. Los protonefridios están constituidos por células flamígeras, provistas de cilios y una desembocadura tubular que termina en un poro excretor (llamado nefridióporo). Las células flamígeras por medio de sus cilios, la movilización de agua y sales minerales, los desechos salen por le nifridióporo.

125

Biología - 5to Sec. Nemátodos Los nemátodos marinos poseen una célula renoidea o renete; en la cavidad seudocelómica que desemboca a través de un poro excretor. En los nemátodos terrestres más evolucionados se presenta un sistema tubular, los túbulos en H, que consta de dos tubos longitudinales y uno transversal, los cuales desembocan a través de un conducto en un poro excretor. Excretan amoniaco y úrea.

Anélidos Los órganos de excreción en las lombrices, son metanefridios. Estos metanefridios están constituidos por nefrostomas y túbulos complejos, que antes de abrirse al exterior forman una dilatación llamada vejiga. Los nefridióporos están situados al exterior, algunos culminan en el intestino (enteronefridios). Para realizar la excreción, el líquido celómico del somite anterior penetra por el nefrostoma, y a medida que pasa a través del túbulo, se transforma en orina. Conforme la orina se forma a lo largo del tubo, van variando las concentraciones de los elementos que la forman, lo que nos indica qué sustancias se reabsorben y cuáles se eliminan, así como el control del agua según las necesidades del organismo. Eliminan principalmente úrea.

Moluscos Los moluscos constan de un par de metanefridios tubulares, denominados Órganos de Bojanus. Uno de los extremos de estos nefridios está en contacto con el fluido celómico de la cavidad pericárdica a través del nefrostoma y terminan en el otro extremo, desembocando en la parte posterior de la cavidad del manto por un nefridióporo. La orina, al final, está constituida principalmente de amoníaco en los moluscos acuáticos, y de ácido úrico, en terrestres; la orina es transportada a la cavidad del manto. 126

Artrópodos En este phyllum encontramos gran diversidad de adaptaciones para la excreción, dada la variabilidad de formas y adaptaciones a diferentes hábitat, tal vez gran parte del éxito de este grupo se debe a la capacidad de reabsorción total o parcial del agua, de tal forma que su orina puede ser líquida o sólida. En arácnidos los órganismo excretores son nefridios muy modificados, llamados glándulas coxales. Además tienen los tubos de Malpighi. Las glándulas excretan orina diluida, mientras los tubos tienen la capacidad de excretar una orina sólida cuyos desechos son principalmente a base de guanina pudiendo también excretarla en forma de cristales. En crustáceos, los órganos osmorreguladores son las glándulas antenales o las glándulas maxilares. Estas glándulas constan de un saco terminal y uno o varios túbulos excretores, en el saco se acumula por filtración el líquido u orina que es conducida por los túbulos hacia la vejiga que desemboca justo en la base de las antenas o maxilas. Las branquias intervienen en la eliminación de amoníaco y son sus verdaderos órganos excretores. Probablemente en insectos, los túbulos de Malpighi alcanzan mayor especia-lización que en los demás artrópodos. En las partes proximales del tubo suele reabsorberse agua e iones inorgánicos que regresan a la hemolinfa, en otras ocasiones es el epitelio del bulbo rectal el que regresa estas sustancias.

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Biología - 5to Sec. Equinodermos

c) Riñón metanefros

En este phyllum no encontramos un verdadero sistema excretor, sin embargo, el sistema hemal desempeña en parte estas funciones, ya que por él circulan sustancias de desecho, principalmente amoniaco y células llamadas celomocitos que engloban a las sustancias excretadas, éstas se transportan hacia las pápulas o hacia los pies ambulacrales, y pasan al exterior.

Está localizado más caudalmente en el cuerpo. Es el riñón más avanzado de los vertebrados, está presente en reptiles, aves y mamíferos. Los nefrostomas han desaparecido, no existe comunicación con la celoma. El tubo colector forma una cápsula que está unida íntimamente a los vasos sanguíneos que forman un glomérulo.

La difusión del amoniaco hacia el exterior, se realiza también por áreas delgadas de la superficie corporal, como los pies ambulacrales y pápulas branquiales.

Sistema Urinario del Hombre El sistema excretor en los vertebrados En los vertebrados, los principales órganos excretores son los riñones, estos son los que se encargan de eliminar los desechos (productos del metabolismo celular) y el exceso de agua. Los riñones de los vertebrados tienen un desarrollo evolutivo, presentándose una sucesión de dos a tres estados denominados: pronefros, mesonefros y metanefros.

El aparato urinario está formado por órganos cuya función principal es la regulación del volumen y de la composición química del medio interno. Esta función la cumple mediante la eliminación o retención de agua, solutos y productos de desecho. El aparato urinario está constituido por: riñones, uréteres, vejiga urinaria y uretra.

a) Riñón pronefros Está localizado en la región delantera del cuerpo, es el primero en aparecer, y lo encontramos en todos los embriones de los vertebrados. Presentan nefrostomas que se comunican con la cavidad celómica y los vasos sanguíneos.

b) Riñón mesonefros Está localizado más centralmente en el cuerpo. Es el segundo en aparecer y lo encontramos en peces y anfíbios. Presenta nefrostoma atrofiado, tomando la función filtradora la cápsula de Bowman que se une al glomérulo. Los reptiles, aves y mamíferos también lo presentan, pero en estado embrionario.

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Biología - 5to Sec. Riñones

histología

Son dos órganos ubicados retroperitonealmente a los lados de la columna vertebral, ocupando el espacio comprendido entre D12 y L3.

Corteza: Formada por glomérulos, tubos contorneados proximales (TCP) y tubos contorneados distales (TCD). Médula: Formada por asas de Henle y tubos colectores.

A. Anatomía externa Cada riñón es de color rojizo y de forma semejante a una haba de aproximadamente 12 por 6 cm y por 3 cm. En su polo superior se encuentra la glándula suprarrenal. Su borde externo es libre, el borde interno presenta el hilio renal, por donde pasan la arteria renal, vena renal y uréter. Presenta las siguientes envolturas:

A. Nefron o nefrona Es la unidad funcional del riñón. en cada riñón hay aproximadamente un millón de nefronas. Estructuralmente una nefrona consta de una porción vascular (el glomérulo) y una porción tubular.

Cápsula fibrosa (tejido conjuntivo) Es la más interna, está en estrecho contacto con el parénquima renal. Fascia renal: Es la más externa, formada por tejido conjuntivo, fija el riñón a la pared abdominal. Cápsula adiposa: Rodea a la cápsula fibrosa, protege al riñón de posibles traumatismos.

B. Anatomía interna En un corte frontal de riñón se distinguen dos zonas: Corteza: Es la zona periférica, rojiza de poco espesor. Médula: Es la zona central, presenta de 8 a 10 formaciones triangulares llamadas pirámides renales. Las papilas renales desembocan en los cálices menores y éstos a su vez en los cálices mayores, los que confluyen para formar una gran cavidad central llamada pelvis renal.

B. Partes de una nefrona (nefrón) * Glomérulo Pelotón capilar que comienza en una arteriola aferente y termina en una arteriola eferente. Los capilares glomerulares son fenestrados. En esta estructura se encuentra la cápsula de Bowman, constituida por una hoja visceral, adosada a los capilares del glomérulo y una hoja parietal que marca el inicio de la porción tubular del nefrón. La hoja parietal de la cápsula de Bowman está constituida por células epiteliales modificadas llamadas podocitos, que presentan múltiples prolongaciones. Las prolongaciones de un podocito se interdigita con las de los podocitos vecinos, dejando pequeños espacios entre ellos, cerrados por una membrana basal del capilar.

128

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Biología - 5to Sec. El glomérulo renal conjuntamente con la cápsula de Bowman constituyen el Corpúsculo de Malpighi. En el glomérulo se realiza la filtración de la sangre, el fuído filtrado llega a la cápsula de Bowman de donde fluye a la porción tubular del nefrón.

* Tubo contorneado proximal (TCP) Está formado por un epitelio simple cúbico con microvellosidades que le dan un aspecto característico, llamado borde en cepillo. Las microvellosidades aumentan considerablemente la superficie de intercambio (reabsorción).

* Asa de Henle Tiene dos porciones, una descendente, delgada, que está a continuación del TCP y otra ascendente, gruesa que se continúa con el tubo contorneado distal (TCD). La porción descendente del asa de Henle está revestida por epitelio simple plano y la ascendente por epitelio simple cúbico.

* Tubo contorneado distal (TCD)

d. vascularización renal

Está formado por un epitelio simple cúbico cuyas células no presentan borde en cepillo. Los TCD de diferentes nefronas desembocan en tubos colectores los cuales atraviesan las pirámides renales y terminan en papilas renales, donde drenan la orina hacia los cálices.

Las arterias renales que penetran a nivel del hilio renal dan como ramas las arterias interlobares, estas a su vez dan como ramas a las arterias arciformes de las cuales se desprenden las arterias interlobulillares, que penetran en la corteza renal. Las arteriolas aferentes son ramas que se despenden de las arterias interlobulillares.

C. aparato yuxtaglomerular En un nefrón, el túbulo contorneado distal hace contacto con una zona de la arteriola aferente del glomérulo correspondiente, en esta zona la pared de la arteriola presenta a las células yuxtaglomerulares, secretoras de renina. Por otro lado, la zona del TCD que hace contacto con la arteriola aferente presenta modificaciones en su epitelio, tomando el nombre de mácula densa.

Las arteriolas aferentes se dividen en capilares que dan origen a los capilares de los glomérulos. Estos capilares luego confluyen para formar la arteriola aferente. En este caso los capilares no confluyen para formar una vénula sino una arteriola eferente. La arteriola eferente continúa para dar origen a una ramificación de capilares alrededor de los tubos contorneados. Luego los capilares confluyen para formar venas, las cuales hacen un trayecto inverso al de las arterias.

Tanto las células yuxtaglomerulares como de la mácula densa constituyen el aparato yuxtagomerular del riñón. La renina es una enzima proteolítica que al actuar sobre el angiotensinógeno (fondo en el hígado) del plasma los transforma en Angiotensina I. La enzima convertidora, presente en el plasma, transforma la Angiostensina I en Angiotensina II, esta última es una hormona muy potente que produce vasoconstrincción y estimula la secreción de aldosterona al igual que la sed. A este mecanismo se le llama Eje Renina Angiotensina Aldosterona. Las células de la mácula densa intervienen en la regulación de la secreción de renina.

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Biología - 5to Sec. e. fisiología del nefrón

a) Filtración glomerular Consiste en la formación del filtrado glomerular, de composición similar a la del plasma, excepto por la concentración de proteínas que es 200 veces menor (0,03%) La tasa de filtración glomerular es de 125 mL/min. o 4 días. El filtrado glomerular se produce por diferencia de presiones entre la presión hidrostática de la sangre y la presión hidrostática capsular más la presión osmótica de la sangre.

b) Reabsorción Tubular El 99 % de lo filtrado se reabsorbe a nivel de los túbulos. Se realiza por transporte activo y pasivo. La reabsorción del Na+ está sujeta a la regulación hormonal de la aldosterona a nivel del TCD. La reabsorción de agua libre está regulada por la ADH a nivel del TCD y colectores. La glucosa y los aminoácidos se reabsorben en un 100 % en TCP.

♣ Solutos orgnánicos: • Úrea, producto del metabolismo de las proteínas. • Creatina, producto del metabolismo de las fibras musculares. • Ácido úrico, producto del metabolismo de los ácido nucleicos. • Solutos inorgánicos, NaCl, K+, H+, HCO3, entre otros. f. algunas otras funciones del riñón a) Formación de la eritropoyetina: Hormona que estimula la eritropoyesis. Su formación está estimulada por la hipoxia (baja presión de oxígeno). b) Formación de renina por el aparato yuxtaglomerular.

c) Secreción Tubular En tanto que la reabsorción tubular remueve sustancias del filtrado, la secreción tubular agrega sustancias al mismo. Se secretan K+, M+, amoniaco, creatina y úrea. La secreción tubular tiene por objeto liberar al cuerpo de ciertas sustancias y controlar el pH sanguíneo. Para elevar el pH sanguíneo los túbulos renales secretan iones, hidronio y amonio hacia el filtrado. Normalmente hay una tendencia de los líquidos del organismo a acidificarse (disminuir el pH) por la continua formación de ácidos (fosfórico, sulfúrico) derivados del metabolismo de fosfolípidos y proteínas. El riñón es responsable de la excreción de estos ácidos, así como del mantenimiento del nivel de bicarbonato sérico (para elevar el pH sanguíneo). Los túbulos renales están capacitados para secretar hidrogeniones a la luz tubular. Como resultado de la secreción de H+, NH4+, la orina tiene normalmente un pH ácido de 5. Orina normal:

130

♣

Volumen:

1000 - 1800 ml/día

♣

Color:

amarillo o ámbar

♣

pH:

4,5 - 5,5

♣

Densidad:

1.800 - 1.030

* Uréteres La orina formada en las nefronas drena a través de los tubos colectores hacia los cálices que rodean las papilas renales. Los cálices menores se unen para formar los cálices mayores que forman conjuntamente la pelvis renal. De la pelvis, la orina drena hacia los uréteres y es conducida hacia la vegija urinaria, de donde se elimina del cuerpo a través de la uretra. Los uréteres son la continuación de la pelvis renal, se dirigen hacia la vejiga. Miden 25 - 30 cm. Son bilaterales y retroperitoneales. Poseen una mucosa con epitelio polimorfo y una capa muscular que les confiere peristaltismo.

* Vejiga Órgano muscular hueco, infraperitoneal, ubicado detrás del pubis y delante del útero en la mujer o del recto en el varón. Presenta una mucosa con epitelio polimorfo y cumple la función de colectar orina.

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Biología - 5to Sec. * Uretra Conducto por donde se elimina la orina al exterior. En el hombre alcanza una longitud de 20 cm, mientras que en la mujer mide 4 cm. Posee una mucosa con epitelio estratificado cilíndrico. Por la uretra masculina fluyen tanto la orina como el semen.

Aorta

Arteria renal Riñón Vena cava Uréter

Vejiga

La uretra en la mujer se abre al exterior arriba de la apertura vaginal. Vejiga Uréter

Detrusor urinario

Vejiga vacía

Mucosa Aperturas de los uréteres

En el hombre, la uretra pasa a través del pene.

Vejiga llena

Uretra

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

Sistema Nervioso

Sistema Nervioso I. coordinación nerviosa La coordinación nerviosa es una serie de eventos internos y externos, que realizan los animales con la finalidad de responder a estímulos ambientales o regula procesos fisiológicos (físico-químico) internos, para lo cual utiliza como base principal el Sistema Nervioso. Otro sistema importante con el que participa es; el Sistema Endocrino para la Coordinación Química, para lo cual utilizan mensajeros químicos denominados hormonas.

II. componentes de la coordinación nerviosa a) La neurona Es la unidad estructural del sistema nervioso, que consta de un soma o cuerpo celular y del que emanan diversas finas prolongaciones llamadas dendritas, éstas sirven de superficie receptora para conducir señales de otras neuronas hacia el cuerpo celular. Los axones (llamados fibras nerviosas) son sistemas especializados que conducen señales, lejos del cuerpo celular. La transmisión de señales entre neuronas, se denomina sinapsis, para lo cual se utilizan neurotrasmisores.

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b) Los receptores Son estructuras especializadas en captar los estímulos y transformarlos en impulsos nerviosos, ubicadas en diversas partes del cuerpo animal, por lo que se clasifican en: Según su localización * Exterorreceptores (estímulos del exterior). Ejemplo: Órganos de los sentidos (ojo, oído, olfato, gusto, tacto). * Interorreceptores (estímulos del interior). Ejemplo: Cambios de pH, de temperatura, etc. (músculos, tendones, articulaciones). Según el estímulo que captan * Quimiorreceptores: Captan sustancias químicas, gusto y olfato. El olfato involucra la captación de sustancias gaseosas, mientras que el gusto capta sustancias en solución. * Mecanorreceptores: Son sensibles al roce, presión, sonido y la gravedad, comprenden al tacto, oído, línea lateral de los peces estatocistos y reorreceptores. * Fotorreceptores: Son sensibles a la luz, se encuentran localizados en los ojos y sus formas más simplificadas son las manchas oculares (ocelos). * Galvanorreceptores: Sensibles a corrientes eléctricas o campos eléctricos. * Termorreceptores: Sensibles a radiación infrarroja (calor). c) Centro nervioso Es el lugar donde el impulso generado por el estímulo se transforma en el impulso de respuesta, que es llevado hasta un órgano efector. d) Terminaciones nerviosas efectoras Son las que transforman un impulso efector (de respuesta) en una acción específica a nivel de los órganos del animal. Las acciones más comunes son el movimiento, producción de calor y secreción.

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Biología - 5to Sec. II. sistema nervioso bilateral

e) Nervios Son los que conducen impulsos nerviosos, están constituidos por neuronas aferentes (conducen impulsos de estímulos), eferentes (impulsos de respuesta) y de asociación.

Característico de animales invertebrados de simetría bilateral, tales como: planarias (platelmintos), caracoles (moluscos), moscas (artrópodos) y lombrices de tierra (anélidos). Los nervios y ganglios nerviosos del lado derecho del animal existen en el izquierdo. a) Platelmintos Estos presentan una cefalización con dos ganglios cerebrales del que parten dos nervios longitudinales que se unen mediante nervios transversales, llamándose por ello sistema nervioso bilateral escaleriforme. Los ocelos son fotorreceptores encargados de captar luz, pero no forman imágenes. El número usual de ocelos es dos, aunque no es rara la presencia de varios como en planarias terrestres. b) Nemátodos

Sistema Nervioso de animales invertebrados I. Sistema nervioso difuso (reticular) a) Celentéreos Es la forma más simplificada y menos evolucionada de sistema nervioso, está constituido por una red nerviosa con neuronas bipolares y multipolares (protoneuronas) capaces de conducir los impulsos en ambos sentidos. También se denominan plexos nerviosos (hidras, medusas y anémonas de mar). No existe ningún centro nervioso. En las medusas, a nivel del borde de la campánula existen estructuras denominadas Ropallos que cumplen función de equilibrio y fotorrecepción. En los tentáculos del animal se encuentran los receptores táctiles (cnidocilios). En los cnidarios, a excepción de las hidras, es muy común la presencia de un sistema nervioso de doble red en la misma capa del cuerpo. Una red nerviosa funciona como un sistema difuso de conducción lenta formado por neuronas multipolares, mientras que la otra es un sistema rápido constituido por neuronas bipolares. Este sistema también se presenta en ctecnóforos. 136

Presentan un anillo nervioso circunfaríngeo del cual parten hacia adelante los nervios que inervan las papilas labiales, setas cefálicas y los anfidios. Los anfidios son invaginaciones de la cutícula que contienen quimiorreceptores y se encuentran a nivel de la cabeza. A nivel del anillo nervioso se originan también los nervios laterales, dorsales y ventrales. Estos se dirigen hacia la parte posterior del organismo. En algunos grupos de nemátodos se presentan un par de estructuras glandulares sensoriales llamadas fásmidos que desembocan a ambos lados de la cola. Alcanzan su máximo desarrollo en nemátodos parásitos.

c) Moluscos En los caracoles de huerta existen un par de ganglios cerebrales, un par de ganglios pedales y un par de ganglios interconectados entre sí. Los caracoles terrestres presentan ojos vesiculares tipo cámara fotográfica que forman imágenes; estatocistos, órganos de equilibrio, tentáculos, donde se localizan los receptores táctiles. Los caracoles acuáticos presentan osfradio, epitelio quimiosensible localizado en la superficie de la cavidad del manto. En los cefalópodos, el cerebro está protegido por una caja craneana cartilaginosa.

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Biología - 5to Sec.

Anélido d) Insectos En las moscas el sistema nervioso bilateral, está constituido por un par de ganglios cerebrales, tres pares de ganglios torácicos y ganglios abdominales. En la cabeza se encuentran las antenas, estructuras responsables de la quimiorrecepción de sustancias gaseosas, y los ojos compuestos de estructuras fotorreceptoras que forman imágenes en mosaico. También presentan ocelos.

III. sistema nervioso radial

Los ganglios torácicos coordinan el movimiento de las patas y de las alas. En las patas a nivel de los tarsos existen pelos quimiosensibles que representan el sentido del gusto del animal.

Característico de los equinodermos (erizos de mar, estrellas de mar, galletas de mar). En las estrellas de mar el centro nervioso es un anillo nervioso situado alrededor de la boca (por debajo de la epidermis). De este anillo parte un nervio radial grueso hacia cada brazo. Con excepción de los ocelos que se ubican en las puntas de los brazos, las estrellas carecen de órganos sensoriales especializados. Las células sensoriales epidérmicas son los receptores sensoriales primarios, prevalecen a nivel de los pies ambulacrales y se cree que participan, en la recepción de estímulos luminosos, táctiles y químicos. Los esferidios son mecanorreceptores en erizos de mar.

Estrella de mar

Abeja e) Anélidos En las lombrices de tierra el sistema nervioso se caracteriza por presentar un par de cordones nerviosos ventrales fusionados dentro de las capas musculares de la pared del cuerpo. Presentan un par de ganglios y un par de quetas por cada segmento corporal. El encéfalo se ha desplazado ligeramente en dirección posterior y en los lumbrícidos se localiza en el tercer segmento.

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Erizos de mar 137

Biología - 5to Sec. Sistema Nervioso de animales vertebrados En los animales vertebrados el sistema nervioso tiene posición dorsal (en parte está protegido por la columna vertebral), por lo que se le llama sistema nervioso dorsal. I. Desarrollo del sistema nervioso dorsal Es característico de los vertebrados. En éstos, el encéfalo y la médula espinal se localizan a nivel dorsal. Durante el desarrollo embrionario la primera estructura nerviosa es el tubo neural; la parte anterior del tubo neural da origen al encéfalo embrionario que tiene tres porciones : prosencéfalo, mesencéfalo y romboencéfalo.

II. encéfalo de vertebrados a) Peces El encéfalo es pequeño, en los condrictios los lóbulos olfatorios constituyen la zona más desarrollada, en cambio en los osteictios lo es el cerebelo y los lóbulos ópticos. En el bulbo raquídeo de los osteictios se encuentran los cuerpos o somas de dos neuronas gigantes llamadas Células de Mauthner cuyos axones recorren a lo largo de la médula espinal, la función de estas células es la coordinación de los movimientos natatorios y del reflejo de huida ante los enemigos.

a) El prosencéfalo Origina el cerebro, la hipófisis, la epífisis, el hipotálamo, el tálamo y los lóbulos olfatorios. El cerebro, está muy desarrollado en los mamíferos, la hipófisis, es la glándula endocrina maestra ya que dirige a las demás glándulas endocrinas del animal. Los lóbulos olfativos alcanzan su mayor desarrollo en peces, mientras que el tálamo e hipotálamo en los mamíferos. b) El mesencéfalo Da origen a los lóbulos ópticos en peces, anfibios, reptiles y aves, mientras que los mamíferos carecen de lóbulos ópticos; en su lugar desarrollan los tubérculos cuadrigéminos. c) El romboencéfalo Da origen al cerebelo, que está muy desarrollado en aves, donde coordina el vuelo; también origina al bulbo raquídeo que es centro cardíaco y del vómito.

Peces b) Anfibios El encéfalo es más desarrollado que en los peces sobretodo a nivel del telencéfalo, el cerebro es pequeño, el sistema fundamental del control del cuerpo es la bóveda del mesencéfalo Tectum, el bulbo raquídeo de los urodelos presenta las dos Células de Mauthner.

Rana 138

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Biología - 5to Sec. c) Reptiles El encéfalo de los reptiles es estrecho y alargado, más desarrollado que los anfibios, son notables los grandes lóbulos ópticos, en la bóveda del diencéfalo se encuentra el Ojo Parietal (tercer ojo ) estructuralmente el ojo parietal es un ojo vestigial, tiene una posible función fotorreceptora y termorreceptora. d) Aves El encéfalo es notablemente más desarrollado que en los reptiles, los lóbulos olfatorios están reducidos, en cambio son muy desarrollados los lóbulos ópticos y el cerebelo, también son notables los hemisferios cerebrales, pero de superficie lisa (como sucede en los vertebrados de grupos anteriores).

e) Mamíferos El encéfalo es el más desarrollado, los hemisferios cerebrales son los más grandes. Poseen una corteza cerebral gruesa que en los mamíferos superiores (como primates, delfines, orcas) presenta surcos, cisuras y cincunvoluciones, en mamíferos primitivos (monotremas, marsupiales, insectívoros) la corteza cerebral es lisa y el cerebelo es desarrollado.

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

Sistema Reproductor

Definición

Un animal individual tiene una esperanza de vida finita. A diferencia, una especie trasciende las esperanzas de vida finitas de sus miembros individuales mediante la reproducción, la creación de individuos nuevos a partir de otros existentes. Los animales se reproducen en una gran variedad de formas. En muchas plantas y animales inferiores la reproducción tiene lugar a partir de un solo individuo, es la reproducción asexual.

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I. Reproducción sexual y asexual

En los seres superiores se precisa la colaboración de dos individuos pertenecientes a diferentes sexos, uno masculino y otro femenino, implicando la participación de células denominadas gametos generados por cada individuo, esta forma recibe el nombre reproducción sexual.

1) Reproducción asexual Es llamada también reproducción vegetativa. Se da sólo en animales cuyas células no están muy diferenciadas, tales como esponjas, hidras, planarias, lombrices de tierra y estrellas de mar. El proceso de reproducción asexual tiene la ventaja de incrementar el número de individuos, sin necesidad de células gaméticas especializadas. Pero la desventaja de que todos lo descendientes son genéticamente idénticos al organismo y por lo tanto no hay variabilidad de una generación a otra. La reproducción asexual se puede realizar por gemación (en hidras), gemulación (en esponjas), fragmentación (en planarias) o estrobilación (en malaguas).

Aparato reproductor femenino

Aparato reproductor masculino

2) Reproducción sexual La reproducción sexual implica la participación de células reproductoras o gametos, que frecuentemente son producidos en los órganos sexuales o gónadas. Existen por tanto gónadas masculinas llamadas testículos y gónadas femeninas u ovarios. Los espermatozoides se desplazan en el seno de un líquido producido por el macho que recibe el nombre de esperma o semen; en muchos artrópodos los espermatozoides carecen de flagelos, por lo que son inmóviles; y por el contrario algunos gusanos tienen espermatozoides con dos flagelos. Los óvulos son siempre células inmóviles de gran tamaño, debido a la acumulación de sustancias de reservas. La producción de ovocitos disminuye a lo largo de la escala evolutiva animal; algunos ponen millones de óvulos cada año, mientras que otros no pasan de algunas docenas como máximo.

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Biología - 5to Sec. En realidad esta diferencia es un mecanismo para compensar los riesgos de desaparición de los ejemplares recién nacidos y está en relación inversa al cuidado de las crías por parte de progenitores. Si los padres protegen a la cría, en sus primeros estadios de vida la producción de huevos (ovocitos) será menor, comparada con los huevos que produce un progenitor que no cuide a sus crías. Fecundación Proceso biológico en el cual se unen ambos gametos para dar lugar a la formación de un cigote. Cuando la fecundación se realiza fuera del organismo, se denomina fecundación externa y si se lleva a cabo en el interior de las vías genitales de la hembra se denomina fecundación interna, cuando hay intercambio de gametos como monoicos insuficientes, la fecundación es cruzada. Para la fecundación interna es necesaria la presencia de órgano copulador en los machos, o la liberación por parte de éstos, de páquetes de espermatozoides denominado espermatóforo (portador de gametos).

2. Platelmintos La reproducción asexual en las tenias es por estrobilación, el estróbilo se alarga y divide formando los proglótides. Sexualmente los proglótides son hermafroditas (poseen ovario y testículo). En los proglótides jóvenes, los testículos son funcionales, y en los maduros, son activos los ovarios. Poseen autofecundación, formándose huevos que son liberados cuado se desprenden los proglótides. En las planarias la reproducción asexual es por fragmentación corporal y posterior regeneración. Sexualmente son hermafroditas con inseminación recíproca para lo cual poseen un órgano copulador llamado pene.

II. Reproducción en invertebrados

platelmintos

1. Celentéreos En hidras la reproducción asexual es mediante gemación, sexualmente son organismos hermafroditas con fecundación interna y cruzada. En malaguas existe la metagénesis (alternancia de generaciones sexuales y asexuales), la reproducción asexual es por estrobilación, en la cual el estadio pólipo o sésil sufre segmentaciones transversales originando nuevos individuos que representan el estadio medusa, el cual es móvil debido a la presencia de tentáculos. Las medusas son dioicos (con sexo separado), las cuales presenta gónadas simples sin conductos sexuales; la fecundación es externa y el huevo o cigote formado en el agua se desarrolla, originando una larva llamada plánula, la cual se adhiere a las rocas y origina un estadio de pólipo, reiniándose el ciclo reproductivo. 144

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Biología - 5to Sec. 3. Nemátodos En los nematelmintos, la reproducción es exclusivamente sexual y los sexos están separados. Presentan dimorfismo sexual, los machos suelen ser más pequeños que las hembras. Después de la fecundación, el huevo se recubre de una cáscara. Una hembra grande, puede poner 20000 huevos en un solo día, por eso no es sorprendente que estén infectadas en áreas rurales un gran número de personas. Se contrae Ascaris lumbricoides al tragar huevos, normalmente desarrollados en el suelo, sobre la vegetación contaminada con agua residuales.

Los moluscos gasterópodos son hermafroditas insuficientes, es decir, se necesita un par de organismo para realizar el acto sexual (con cópula); estos hermafroditas además son protándicos, es decir, la gónada (ovetestes) produce espermatozoides en los jóvenes, y óvulos en los adultos. Durante la cópula ocurre una inseminación recíproca y los espermatozoides son almacenados por cada caracol en una espermateca con la cual posteriormente fecundan sus ovocitos, es decir, son ovíparos.

4. Anélidos Sexualmente los anélidos oligoquetos como la lombriz de tierra son hermafroditas insuficientes, con testículo y ovario a la vez, en diferentes segmentos corporales. Durante el apareamiento y cópula que ocurre durante las noches cálidas y húmedas, la inseminación es recíproca, para lo cual ambos individuos hermafroditas, dilatan su clitelio y se envuelven en un capullo; posteriormente ambos individuos se separan y salen de su capullo dejando en su interior los óvulos fecundados que se desarrollarán en el interior hasta formar individuos jóvenes; este capullo toma el nombre de ooteca o cocones.

III. REproducción en vertebrados 1. Peces La gran mayoría de peces son dioicos con fecundación externa y desarrollo externo de los huevos y del embrión (ovíparos).

5. Artrópodos Carecen de reproducción asexual. Poseen dimorfismo sexual. En los insectos el macho posee dos testículos, un órgano copulador llamado edeago y en algunos casos, estructuras para la sujeción de la hembra. En la hembra existen dos ovarios, oviducto, vagina y una espermateca para el almacenamiento de espermatozoides. Luego de la cópula los espermatozoides fecundan los ovocitos y se forman huevos. El desarrollo posterior implica varias etapas (metamorfosis) hasta el adulto, en algunos insectos.

La mayoría de los peces desovan en determinados momentos y estaciones. En algunos condrictios hay sexos separados, gónadas pares; los conductores de las gónadas se abren en la cloaca, la fecundación es interna. Los conductos de Wolff llevan el esperma procedente de las gónadas del macho, que utiliza un oviducto, conduce los óvulos desde el ovario. Los huevos fecundados son incubados en el ovisaco.

6. Moluscos Carecen de reproducción asexual. Los cefalópodos (pulpos y calamares) y pelecípodos (choros, conchas de abanico) son dioicos. Es característica de los cefalópodos la formación de un espermatóforo que es colocado por el macho en la vagina de la hembra para su fecundación interna. En pelecípodos, la fecundación es externa.

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Reproducción de los peces 145

Biología - 5to Sec. 2. Anfibios Los machos presentan dos testículos con sus respectivos conductos deferentes que desembocan, en los conductos mesonéfricos de función urogenital, es decir, actúan como conductos urinarios (transportan orina) y como conductos seminales (transportan espermatozoides) que desembocan en la cloaca. El órgano de Bidder está presente en Anuros. Las hembras presentan dos ovarios y dos oviductos largos y contorneados que desembocan en la cloaca. Las paredes internas de los oviductos producen la envoltura gelatinosa de los óvulos: Son ovíparos. Debido a que lo sapos y las ranas son ectotérmicos, se reproducen sólo durante las épocas más cálidas del año. En la primavera los machos croan para llamar a sus hembras. Cuando sus huevos están maduros, las hembras entran en el agua y son sujetadas por los machos en un proceso que se denomina amplexo, que estimula para que la hembra libere sus huevos, el macho descarga el fluido seminal que contiene espermatozoides sobre los huevos y de esta forma, los fecunda (fecundación externa).

Los cocodrilos son ovíparos. Generalmente ponen de 20 a 25 huevos, custodiados por la hembra, que cuando oye las voces de los jóvenes en el momento de la eclosión, responde abriendo el nido para permitirles escapar. Se conoce que en tortugas y cocodrilos la temperatura ambiental influye en la determinación del sexo.

4. Aves Los sexos son separados. Presentan dos testículos, con los conductos deferentes que desembocan en la cloaca. Las hembras sólo presentan un ovario y oviducto izquierdo. Antes de la descarga, el esperma es almacenado en la vesícula seminal (extremo dilatado del vaso deferente). Los testículos de las aves presentan gran desarrollo en la estación de cría, que pueden aumentar su tamaño hasta 300 veces. Los patos y gansos presentan pene. En las otras aves, se da la aposición cloacal.

3. Reptiles Los machos presentan dos testículos con sus respectivos conductos deferentes que desembocan en el urodeo de la cloaca. Las serpientes y saurios machos poseen un par de hemipenes, que son estructuras musculares que emergen de las cloacas. Los cocodrilos y queloníos poseen pene constituido por una masa muscular un canalículo central (carecen de uretra). Ambos tipos de órganos copuladores permiten el paso de espermatozoides. Las hembras poseen dos ovarios y dos oviductos que también desembocan en el urodeo de la cloaca. A nivel de los oviductos donde se lleva a cabo la fecundación existen engrosamientos glandulares encargados de la formación de las envolturas accesorias del huevo (albúmina o clara, envoltura membranosa y cáscara calcárea). En la mayoría, los huevos fecundados y con cáscara son llevados al exterior para su incubación (ovíparos). Algunas serpientes incuban sus huevos en el interior del oviducto, donde eclosionan, liberando las crías (ovovivíparos). 146

Los huevos son expulsados del ovario hasta el ostium (extremo expandido del oviducto). La fecundación tiene lugar en la porción superior del oviducto).

5. Mamíferos Son dioicos (sexos separados), órganos reproductores como pene, testículos (generalmente dentro de un escroto), ovarios, oviductos y vagina.

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

14

Evolución

El origen de las teorías de la evolución Hasta el siglo XVIII, los naturalistas creían que las características de los seres vivos habían permanecido invariables desde el principio de los tiempos. En esa época, el naturalista francés Cuvier elaboró la teoría del catastrofismo, según la cual, a lo largo de la historia de la tierra, sucedieron numerosas catástrofes que acabaron con la flora y fauna del planeta y dieron lugar a la aparición de animales y plantas diferentes. De este modo, Cuvier explicaba la existencia de organismos que se habían extinguido y que se conocían solamente por sus fósiles.

2. Fixismo Los seres vivos de las distintas especies tienen todos las mismas características y, así, cada individuo es biológicamente idéntico a sus progenitores. Siempre han existido las mismas especies, y todas tienen por tanto la misma antigüedad. Desde esta concepción no se admite que los individuos de una especie tengan entre sus antepasados a individuos de especies distintas.

Fue en el siglo XIX cuando se pusieron en cuestión esas creencias y se elaboraron las teorías de la evolución. Según estas teorías, las características de los seres vivos cambian a lo largo del tiempo. Ésta sería la causa de la gran diversidad de la flora y fauna de la tierra y de las adaptaciones de los seres vivos al medio que los rodea. Las dos teorías más importantes sobre la evolución son las de Lamarck y las de Darwin. Actualmente, la teoría más aceptada es la de Darwin, si bien los descubrimientos posteriores han aportado más información y permiten comprender mejor el mecanismo de la evolución.

I. teorías opuestas al evolucionismo 1. Creacionismo Concepción deudora de los presupuestos religiosos que parte de la aceptación de el universo y los distintos seres que en él se encuentran, fueron creados por Dios. El acto de la creación implica el surgimiento instantáneo del universo y, así, impide considerar la tesis de la modificación paulatina de los elementos materiales del universo como explicación del origen de la vida y de sus cambios sucesivos. 150

II. Teorías evolutivas

1. Teoría de Lamarck Lamarck (1744 - 1829) fue un prestigioso naturalista francés. Fue uno de los primeros científicos que aceptaron la evolución y que empezó a formular teorías sobre los mecanismos por los cuales los organismos van transformándose. Basó su teoría básicamente en los siguientes principios:

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Biología - 5to Sec. * La existencia, en los organismos, de un impulso interno hacia la perfección. * La capacidad de los organismos para adaptarse a las circunstancias (el clima). * La generación espontánea, es decir, que en un determinado medio pueden formarse organismos. * La herencia de los caracteres adquiridos. * La función crea el órgano, es decir, las adaptaciones surgen en los seres vivos como respuesta a las necesidades que les impone el medio ambiente. La teoría de Lamarck está prácticamente desechada en la actualidad ya que se ha comprobado que los caracteres adquiridos durante la vida de los individuos no se trasmiten a su descendencia, y que la función no crea al órgano. Críticas a la concepción lamarckiana a) Sólo se transmiten a la descendencia los elementos que están recogidos en la información genética. b) La noción de generación de órganos para cumplir un uso da por supuesta la existencia de una causalidad final como explicación de los fenómenos biológicos.

2. Teoría de Darwin “Darwinismo” La idea (hecha pública por Lamarck) que las especies pueden cambiar a los largo del tiempo no fue inmediatamente aceptada por muchos; la falta de un mecanismo creíble conspiraron contra la aceptación de la idea. Charles Darwin y Alfred Wallace, ambos trabajando independientemente, realizaron extensos viajes y, eventualmente, desarrollaron la misma teoría acerca de como cambió la vida a lo largo de los tiempo como así también un mecanismo para ese cambio: la selección natural.

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En Inglaterra, Charles Darwin estudió medicina sin concluirla en la universidad de Edimburgo y para clérigo en Cambridge (demoró por ello la difusión de sus escritos) también sin concluir, allí en cambio se manifestó su inclinación por las ciencias naturales. Obtuvo, a sus veintidós años, una plaza (“ad honorem”, por recomendación de sus profesores de Cambridge) en el H.M.S. Beagle (His Majesty’s a Ship) al mando de Robert FitzRoy, de veintiséis. Reinaba por aquel entonces la reina Victoria. Publicó en 1859 su obra titulada El origen de las especies por medio de la selección natural. Este viaje dio a Darwin una oportunidad única para estudiar la adaptación y obtener un sinnúmero de evidencias que fueron utilizadas en su teoría de la evolución. Darwin dedicó mucho tiempo a coleccionar especímines de plantas, animales y fósiles, y a realizar extensas observaciones geológicas. El viaje que incluyó, entre otros puntos, toda la costa atlántica sudamericana (desde allí partió su expedición a los andes y en la cual contrajo una fiebre que persistió por el resto de su vida. Chagas) y el paso por el estrecho de Magallanes. Una de las escalas más importantes fue la del archipiélago de las Galápagos, frente a Ecuador, en cuyas áridas islas observó a las especies de pájaros (pinzones), las famosas tortugas gigantes y notó sus adaptaciones a los diferentes hábitats isleños. Al retornar a Inglaterra en 1836, comenzó (con la ayuda de numerosos especialistas) a catalogar su colección y a fijar puntos de su teoría: La selección natural. 1. Adaptación: Todos los organismos se adaptan a su medio ambiente. 2. Variación: Todos los organismos presentan caracteres variables, estos son una cuestión de azar, aparecen en cada población natural y se heredan entre los individuos. No los produce una fuerza creadora, ni el ambiente, ni el esfuerzo inconsciente del organismo, no tienen destino ni dirección, pero a menudo ofrecen valores adaptativos postitivos o negativos. 3. Sobre-reproducción: Todos los organismos tienden a reproducirse más allá de la capacidad de su medio ambiente para mantenerlos (esto se basó en las teorías de Thomas Malthus, señaló que las poblaciones tienden a crecer geométricamente hasta encontrar un límite al tamaño de su población dado por la restricción, entre otros, de la cantidad de alimentos). 151

Biología - 5to Sec. 4. Dado que no todos los individuos están adaptados por igual a su medio ambiente, algunos sobrevivirán y se reproducirán mejor que otros, esto es conocido como selección natural. Algunas veces se hace referencia a este hecho como la supervivencia del más fuerte, en realidad tiene mas que ver con los logros reproductivos del organismo más que son la fuer za del mismo.

Consituyen la problación adaptada para las condiciones de espacio y tiempo.

3. Teoría de la mutación En 1902, el botánico holandés hugo de Vries comunicó los resultados de sus experimentos con la planta llamada hierba de asno llamada también Diego de noche en su obra titulada Die mutations theorie. Hugo de Vries estudió en la Universidad de Leyden y en 1885 descubrió, cerca de Hilversum, un terreno abandonado en el que crecía de un modo exuberante Oenothera lamarckiana, una planta de origen americano introducida en Europa que se había propagado con rapidez. El botánico holandés notó que la planta se hallaba en unas condiciones en la que exibía un alto grado de variabilidad y que había allí una maravillosa oportunidad para obtener un conocimiento profundo del fenómeno de la variación en una planta que se multiplica rápidamente. En 1886 inició sus observaciones, que duraron muchos años, encontrando una sede de mutaciones, o variaciones bruscas, algunas de las cuales eran tan pronunciadas que constituían en realidad nuevas especies. De Vries sembró en el jardín botánico una gran cantidad de Oenothera, que fue renovando y examinando. Llegó a las siguientes concluciones: * Nuevas especies elementales surgen súbitamente, sin grados intermedios; tales nuevas especies adquieren inmediatamente una completa independencia y constancia. * Las variaciones ordinarias que existen entre los individuos de una especie no tienen nada en común con las mutaciones. * Las mutaciones se producen al azar, unas son favorables y otras desfavorables respecto de los caracteres de la estirpe progenitora.

Dobzhansky (1937), en su libro La genética y el origen de las Especies, modificó la teoría propuesta por Darwin, incluyendo principios genéticos. En su obra afirma que los procesos de selección natural están ligados a la genética de poblaciones. Para Dobzhansky, la evolución en el cambio en la estructura genética de una población. 4. Teoría sintética de la evolución “Neodarwinismo” La teoría neodarwinista surgió hace unos 50 años e intenta explicar cómo se producen los cambios en la descendencia y cómo se transmiten de generación en generación. Según el neodarwinismo, la variedad en la descendencia se explica así: * Los cambios de caracteres en un individuo se producen por modificaciones de su ADN. Estas alteraciones del ADN reciben el nombre de mutaciones. * Las mutaciones se producen siempre al azar. * Como el ADN contiene la información genética, estos cambios producidos al azar se transmiten hereditariamente. Las mutaciones pueden ser favorables, desfavorables o indiferentes. * Favorables: Los individuos que la poseen están mejor adaptados al medio y, por la selección natural, tienden a consolidarse en perjuicio de los que no poseen tal mutación. * Indiferentes: Las mutaciones indiferentes hacen que cambien algunos caracteres de los individuos, pero no favorecen ni perjudican su adaptación al medio. * Desfavorables: Perjudican al individuo que las posean y puede incluso provocar su muerte.

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

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Evolución Biológica

Introducción Los primeros seres vivos que aparecieron en la Tierra, eran seguramente similares a los organismos unicelulares más primitivos que existen actualmente, tales como las bacterias. Eran heterótrofos y anaeróbicos. Cuando surgieron los organismos fotosintéticos oxigénicos, la atmósfera anaerobia (reductora) se convierte en atmósfera aerobia (oxidante), formándose la capa de ozono; esta cumplió un papel fundamental en la protección contra las radiaciones ultravioleta. Además, ciertos organismos anaeróbicos se transformaron en aeróbicos; éstos proliferaron y se organizaron, ciertos organismos se juntaron para trabajar colectivamente, generando la pluricelularidad. Los primeros animales en aparecer fueron los invertebrados, y de un grupo de éstos, surgieron los vertebrados. Primero fueron los peces, luego los anfibios, reptiles, mamíferos y aves consecutivamente. De los mamíferos, cierto grupo optó por vivir en los árboles, originándose los primates. De un grupo de éstos, se origina el hombre. Las glaciaciones son los sucesos más importantes desde el punto de vista geológico como configuradores del medio ambiente adecuado para su desarrollo. Durante esta época, los hielos cubrían prácticamente la mitad de Europa, Asia y América del Norte. Este aumento de los casquetes polares, produjo un descenso generalizado del nivel del mar. La fauna y la flora se ve caracterizada por un continuo flujo durante las épocas glaciares y reflujo durante las interglaciares de las formas adaptadas a climas fríos. Las condiciones repetidamente cambiantes provocaron la desaparición de muchas especies y sin duda, favorecieron el desarrollo de otras, tales como el hombre.

1. pruebas evolutivas * Palentológicas Desde la antigüedad, la existencia de los fósiles ha intrigado y estimulado la curiosidad del hombre. ¿Cómo se explica, por ejemplo, la presencia de masas de conchas marinas petrificadas lejos de la orilla del mar, o incluso en lo alto de las montañas? Muchos pensaron en los fósiles como meros caprichos de la naturaleza; otros, que eran estructuras formadas bajo influencias astrales; otros, finalmente, creyeron que se trataba de restos de organismos enterrados durante el diluvio universal. 156

En realidad, los fósiles viene a ser restos o huellas de seres vivos de otras épocas. Para que un organismo pueda fosilizarse, tendrá que concurrir a una serie de circunstancias especiales. La forma más común de fosilización consiste en que la planta o el animal queden enterrados rápidamente en los sedimentos marinos o de agua dulce y, en condiciones especiales, incluso en tierra firme, en las cenizas volcánicas, la arena o el barro. Cuando esto ocurre, las partes duras del organismo pueden llegar a conservarse indefinidamente por mineralización progresiva del sedimento. Cuvier, fundador de la Paleontología y antievolucionista convencido, observó grandes diferencias entre los fósiles y los vivientes; pero supuso que esas diferencias se debían a grandes catástrofes periódicas en la que muchas especies desaparecían por completo, eliminándose algunas características.

Resto fósil * Anatómicas Uno de los principios básicos de la anatomía comparada, consiste en distinguir la semejanza entre órganos, en dos grandes tipos: homológica y analógica. Si comparamos las aletas de un pez y un delfín, veremos que externamente son muy parecidos; sin embargo, observaciones estructurales nos informan que son diferentes, lo cual indica que se trata de órganos homólogos. Inmersas en la masa muscular, ciertas ballenas poseen una serie de huesos, a los que no es posible asignarle alguna función; si observamos, el intestino grueso del hombre es pequeño comparable con otros herbívoros; sin embargo, el apéndice cecal es un testigo de su desarrollo en otros tiempos.

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Biología - 5to Sec. Estos órganos son conocidos como órganos vestigiales.

resumir así: “La ontogenia es una recapitulación de la filogenia a nivel embrionario”, ya que el adulto es producto, además, de su interacción ambiental. * Biogeográficas

Delfines

Tiburón

* Embriológicas Si observamos el desarrollo embrionario de los vertebrados, veremos que en algún momento presentan hendiduras faríngeas que nada tiene que ver con la respiración. Es como si todos los animales superiores pasaran por una etapa pisciforme. Nosotros, en estado embrionario, presentamos rudimentos de cola como en los demás mamíferos. Las ballenas presentan dientes en estado embrionario.

El estudio de la distribución geográfica de las especies aportó una de las primeras pruebas de la evolución. Muchos organismos de la misma especie, o especies muy parecidas, presentan un área de distribución discontinua y están separados a veces por enormes distancias, como sucede con ciertas especies de árboles que se encuentran en Asia y en América del Norte. ¿Cómo se explica esto? Se supone que en el pasado ambos continentes estaban unidos. Los marsupiales constituyen uno de los ejemplo típicos de distribución que sólo es comprensible desde el punto de vista evolutivo. Actualmente, están distribuidos casi exclusivamente en Australia. Sin embargo, están ampliamente representados en el registro fósil. Esto se explica si se tiene en cuenta que los marsupiales aparecieron antes que el resto delos actuales mamíferos, los cuales al ser más eficientes acabaron por sustituirlos. En Australia, que se separó del continente euroasiático, al no sufrir la competencia del resto de mamíferos, prosperaron ampliamente.

* Ontogénicas Las fases y procesos que un organismo atraviesa desde huevo hasta convertirse en adulto, se denomina ontogenia; la serie de organismos que se derivan unos de otros en el proceso de evolución hasta su forma actual se llama filogenia. Haeckel, generalizando y resumiento lo mencionado anteriormente, pudo establecer la “Ley biogenética fundamental” o “Ley de la recapitulación”, que formula que la ontogenia es una recapitulación de la filogenia, es decir, las fases por la que atraviesa un organismo a lo largo de su desarrollo, entre el huevo y el adulto, son en cierto modo una repetición de la serie de antecesores que han originado dicha especie a través del tiempo. Así, los reptiles, aves y mamíferos poseen hendiduras faríngeas porque todos los grupos proceden de los peces a lo largo de la evolución. Actualmente, la expresión de Haeckel ha sido revisada y modificada y se puede

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* Bioquímicas Las pruebas bioquímicas determinan la semejanza molecular de todos los seres vivos; todos son compuestos de carbono. Las enzimas y coenzimas son muy semejantes en casi todos los animales, las hormonas son también muy parecidas y en algunos casos intercambiables de un animal a otro con los mismos efectos. Lo mismo ocurre con otros compuestos.

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Biología - 5to Sec.

Capítulo

16

Ecosistema

Definición

2. Especie

La palabra ecología fue creada por el biólogo alemán Ernest Haeckel en 1868, a partir de las voces griegas: oicos, casa y logos, tratado. Etimológicamente, es la ciencia del hábitat. En términos científicos, la ecología es la ciencia que estudia las condiciones de existencia de los seres vivos y las interacciones de todo tipo que existen entre los diversos organismo (vivos y muertos) y el medio ambiente. Para ello, la ecología se apoya en otras ciencias como la Física, la Química, Matemática, Geografía, Metereología, Hidrobiología, Etología, etc. Su campo de investigación abarca todos los aspectos vitales de los organismos, su posición sistemática y sus reacciones frente al ambiente. terminología básica Partiendo de que la ecología es una ciencia muy amplia, es fácil deducir la cantidad de términos que se emplean para su estudio. A continuación, presentamos la terminología elemental sobre esta ciencia:

1. Individuo Hace referencia a cada ser vivo que ocupa un lugar dentro de la biósfera y se constituye en el anfitrión de cada interrelación con su medio ambiente. Por ejemplo: una bacteria, un alga, un protozoario, un hongo, una planta y un animal.

Tigre

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Es el conjunto de individuos que comparten caracteres externos e internos comunes y además son interfecundos porque al aparearse producen descendencia fértil. Asímismo, se puede definir a las especies como todos aquellos organismos capaces de cruzarse entre sí en condiciones naturales, o si se reproducen asexualmente, son aquellos que están más relacionados que cualquier otro organismo del género. En bacteriología, no está claro el concepto de especie, dicho concepto cambia y es mucho más preciso hablar de cepa o clon, que viene a ser el conjunto de células originadas de una célula bacteriana sobre un medio de cultivo, desarrollándose a partir de allí, una población bacteriana, a eso se le denomina cultivo puro y dicho cultivo puro es una cepa. Por otro lado, una cepa tiene la posibilidad de cambiar; las bacterias se reproducen asexualmente y eso implica una constancia en las generaciones, o sea, la descendencia es exactamente igual que la generación paterna. Así, la variabilidad genética en el mundo bacteriano está orientado a la mutación, por ello dentro de una cepa incluso, ocurren variaciones por mutaciones. Por ello, si hablamos de especie en bacteriología, diremos que es una colección de razas o clones que comparten muchos rasgos comunes y difieren considerablemente de otras cepas. Ejemplos de especies: Allium cepa, Canis familiaris, Taenia solium, Homo sapiens, Rhizopus nigricans, Chondracantius chamisoi, etc.

Tigres 161

Biología - 5to Sec. 3. Población

5. Medio ambiente (biotopo)

Se define como el conjunto de individuos de la misma especie que ocupan un lugar físico determinado y que viven durante un determinado tiempo. Ej.: una colonia bacteriana, una población de vicuñas, un grupo de alumnos, un cardumen, una colonia de setas, una jauría de lobos, etc. No obstante, cuando nos referimos a una población tenemos que especificar el tipo de individuo o especie y definir sus límites en el tiempo y el espacio, así por ejemplo podemos referirnos a la población de anchovetas (Engraulis ringens) del mar peruano en el año 2002 o la población de vicuñas de Pampa Galeras en Ayacucho en el año 1994. La población es un sistema biológico que tiene estructura y función. La estructura es el modo en que están distribuidos en el espacio los individuos que la forman y la función se refiere a la capacidad que tiene la población de crecer, desarrollarse y mantenerse en un ambiente variable. Una población funciona por un proceso continuo de adicionar y sustraer individuos. Los individuos entran en la población por natalidad o inmigración y la dejan por muerte o emigración.

Es el lugar o espacio físico ocupado por una determinada comunidad biótica o biocenosis. Ej.: en una playa rocosa, el biotopo estará formado por las rocas, el agua, la humedad, el calor, la luz, la salinidad, etc.

6. Ecosistema Representa la unidad básica y fundamental de la ecología. Se le define como las múltiples interrelaciones que existen entre la comunidad y su medio ambiente. Ej.: En una laguna se distinguen dos conjuntos que interactúan entre sí; el primero es el medio físico y químico formado esencialmente por el agua y las sustancias disueltas que constituyen el medio en donde viven los organismo acuáticos, este medio (biotopo) es el conjunto de factores abióticos de la laguna. El segundo conjunto está formado por los seres vivos que han encontrado en la laguna las condiciones ambientales adecuadas para vivir y reproducirse (biocenosis). El ecosistema posee una cierta homogeneidad desde el punto de vista topográfico, climático, zoológico, botánico, edafológico, hidrológico y geoquímico. La mayor parte de los ecosistemas se han formado a lo largo de un proceso de evolución y son consecuencia de los mecanismos de adaptación entre las especies y su medio. Los ecosistemas están dotados de autoregulación y son capaces de resistir, hasta ciertos límites, las modificaciones del medio y las variaciones bruscas de la densidad de las poblaciones.

Leona y sus crías 4. Comunidad biótica (biocenosis) Es el conjunto de diversos seres vivos de diferentes especies que concurren u ocupan un lugar en el espacio físico determinado durante un tiempo. Por ej.: en una playa rocosa, la comunidad estará representada por gaviotas, estrellas de mar, choros, algas, pulpos, cangrejos, etc.

Biotopo + Biocenosis = Ecosistema

Ecosistema 162

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Biología - 5to Sec. 7. Nicho ecológico

10. Biósfera (esfera de la vida)

Aunque la palabra nicho puede traer a la mente un espacio muy pequeño, en ecología significa mucho más. Cada especie ocupa un nicho ecológico único, que comprende todos los aspectos de su estilo de vida. Las especies que viven en un hábitat determinado tienen un régimen alimenticio conocido u ocupación que es la función natural de la especie dentro del ecosistema. Es decir, “tienen una profesión con la cual se ganan la vida”.

Dentro de la concepción moderna, se considera a nuestro planeta constituido por una serie de esferas concéntricas (atmósfera, hidrósfera y litósfera). La biósfera comprende todas las áreas de la tierra, agua y aire, donde se encuentran y se desarrollan las formas de vida.

La combinación de función y hábitat se define como nicho ecológico, a través del cual se conoce la posición trófica de la especie y por lo tanto, sus relaciones con otras especies. Por ej.: Al decir que el paiche (Arapaima gigas) es un depredador de peces pequeños que viven en lagunas amazónicas, nos referimos a su nicho ecológico. Los depredadores, las presas y los competidores de cada organismo, al igual que sus comportamientos e interacciones, se consideran elementos de su nicho, que además influyen todos los factores ambientales físicos necesarios para la sobrevivencia, como por ejemplo las temperaturas en las que puede prosperar el organismo, la cantidad de humedad que requiere, el pH del agua o del suelo donde habita, el tipo de nutrimentos del suelo requeridos, el grado de sombra que puede tolerar, etc.

Paisaje 11. Ecósfera Se puede definir como la suma total de los ecosistemas de la tierra, por lo tanto, incluye a la biósfera y a los factores físicos con los que se interrelaciona. La ecósfera es el nivel más alto de organización.

Aunque diferentes tipos de organismos comparten diferentes aspectos de su nicho con otros, no hay dos especies que ocupen exactamente el mismo nicho ecológico.

8. Hábitat (domicilio) Es el lugar o espacio físico natural que ocupa una determinada especie dentro de la comunidad biótica. Hay que considerar en este espacio las condiciones o factores físico - químicos como: temperatura, humedad, luz, salinidad, pH, etc. Ej.: el hábitat de la vicuña son las punas andinas; el paiche es un pez que vive en las aguas negras y cálidas de algunas lagunas amazónicas, las lombrices de tierra habitan en las galerias que construyen en terrenos fangosos, entre otros.

9. Bioma Es un conjunto de comunidades de flora y fauna que ocupan extensiones bastante grandes. También se le define como un tipo general de ecosistema que ocupa áreas geográficas extensas, caracterizadas por comunidades similares de plantas. Ej.: desiertos.

Ecósfera factores interacionantes del ecosistema Es lógico suponer que entre los seres vivos y su medio ambiente existen muchas interacciones que conllevan a mantener un equilibrio. Es por ello, que las condiciones del medio juegan un papel importante en el desenvolvimiento de sus organismos. Estas condiciones o factores pueden ser de dos tipos: bióticos y abióticos.

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Biología - 5to Sec. 1. Factores abióticos Constituyen el conjunto de condiciones físico - químicos, climáticos, topográficos y edáficos que rigen el ecosistema. Influyen en la distribución abundante y características de los organismos en los diferentes hábitats. Sus cambios bruscos pueden afectar a las especies e incluso producir su desaparición. Ej.: radiación solar, temperatura, aire, suelo y agua.

a. Radiación solar La energía que requieren los ecosistemas para su normal funciomiento, procede del Sol. Dicha energía llega a la tierra en una gama de longitudes de onda, desde los rayos cortos y altos en energía (los ultravioletas), hasta los rayos más largos que producen calor (los infrarrojos), pasando por la luz visible. Es justamente que esta energía solar es distribuida y utilizada de la siguiente manera: * La luz visible es importante para todos los seres vivos. * Otra cantidad de energía es absorbida por las plantas verdes al sintetizar sus alimentos (autótrofos), los cuales a su vez servirán para la nutrición de otros organismos heterótrofos. * La radiación solar calienta el aire de la atmósfera y de la superficie terrestre, promoviendo la evaporación del agua que luego terminará en la formación de lluvias o precipitaciones. * Finalmente, casi toda la energía solar que viene a la Tierra es enviada de regreso al espacio, ya sea como luz o como radiación infrarroja (calor). La energía solar absorbida y almacenada temporalmente como calor por la atmósfera y la superficie terrestre mantiene la relativa calidez del planeta.

b. Temperatura Como consecuencia de la radiación solar, aparece la temperatura, la cual influye sobre la distribución y desarrollo de los organismos. Considerando la llegada de los rayos solares a la Tierra, van a aparecer diversas zonas temperadas: zonas frías (la llegada de los rayos solares es muy inclinada, esto se verifica en los círculos polares), zonas cálidas (los rayos caen más perpendiculares siendo las temperaturas más altas, esto se nota a nivel de los trópicos), zonas templadas (se ubican entre los dos hemisferios, trópicos y los círculos polares). Estas zonas determinan los diversos climas en los cuales se ubican los organismos. 164

Por otro lado, generalmente, los seres vivos no pueden subsistir más que en un intervalo de temperatura comprendido entre 0ºC y 50ºC, en el que es posible una actividad matabólica normal, pero hay notables excepciones como algunas bacterias que viven en aguas termales a 90ºC o cianofitas que viven en lugares con temperaturas superiores a los 85ºC. De acuerdo a estas características y a las diferentes variaciones de temperaturas podemos encontrar los siguientes tipos de organismos: * Homeotermos: Aquellos que mantienen su temperatura constante, ya que presentan mecanismos reguladores internos para cumplir con este fin. Ej.: aves y mamíferos. * Poiquilotermos: Aquellos que dependen de la temperatura ambiental para regular su metabolismo. Ej.: peces, anfibios y reptiles. Éstos a su vez pueden ser:

* Estenotermos: Soportan pequeñas variaciones o rangos de temperatura.



* Euritermos: Soportan amplios rangos de temperatura.

c. Aire Es una porción limitada de la atmósfera, formada por una mezcla de gases en las siguientes proporciones: oxígeno (21%), nitrógeno (78%) y otros como anhídrido carbónico, argón, hidrógeno, ozono, etc. (en un 1%). La capa más baja y cercana a la tierra es la Tropósfera, la cual es densa e inestable, habiendo oxígeno en cantidades convenientes para el desarrollo de la vida. La Estratósfera es una capa estable que se encuentra por encima de la Tropósfera. El aire en esta zona es cada vez más enrarecido (menos denso) hasta llegar a una escasez de oxígeno y nitrógeno. Aproximadamente, a los 30 km de altitud se localiza la capa de ozono (O3) que filtra los rayos ultravioleta. Más allá del límite de la Estratósfera, se extiende la Ionósfera, constituida por gases ionizados, es decir, cargados positiva o negativamente. Estas cargas son las que mediante el reflejo de ondas radioeléctricas hacen posible las comunicaciones a grandes distancias. El aire ejerce una presión denominada presión atmosférica que es igual a 1 kg/cm2 a nivel del mar, valor que va disminuyendo conforme se asciende y como consecuencia la concentración de oxígeno baja, ocasionando en el hombre el mal de altura. Dentro de la importancia del aire, podemos mencionar lo siguiente: * El aire de la atmósfera sirve para la respiración por contener oxígeno, dando origen a los organismos aeróbicos y anaeróbicos. Las plantas, por ejemplo, toman el O2 del CO2.

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Biología - 5to Sec. * El aire propaga la energía luminosa y calórica del Sol, que son elementos fundamentales para los seres vivos. El bióxido de carbono, el vapor de agua, el ozono, el metano y otros gases, absorben selectivamente las longitudes de onda infrarrojas, de calor y lo atrapan en la atmósfera.

aprovechado por los organismos productores (autótrofos) para la liberación de oxígeno atmosférico; con respecto a los consumidores es de vital importancia debido a que constituye el medio ideal para que ocurran las múltiples reacciones bioquímicas de las célula. Por otro lado, el cultivo de las plantas y la crianza de animales dan origen a la agricultura y la ganadería, respectivamente.

* La capa de ozono absorbe en gran parte la radiación ultravioleta, rica en energía y que proviene del sol y que es capaz de dañar las moléculas biológicas.

Estas dos actividades económicas logran su desarrollo con el agua, ya que sin este recurso no sería posible la producción. Los pastos naturales utilizados como forraje en la ganadería, crecen allí donde hay abundantes lluvias. Asimismo el agua, especialmente del mar, juega un papel preponderante en el desarrollo y conservación de los recursos hidrobiológicos, entre los que destacan los peces. En la industria, el agua es un recurso valioso para el desarrollo de la misma, ya que se emplea como insumo o como fuente de energía eléctrica. Este factor lo encontramos en forma natural en los océanos, lagos, lagunas, ríos, manantiales, lluvia, granizo, rocío, neblina, nubes, etc.

* El nitrógeno es importante para la vida vegetal, ya que enriquece los suelos. Incluso, existen microorganismos simbiontes con plantas que les ayudan a capturar el nitrógeno del ambiente. * La atmósfera hace posible el ciclo hidrológico, por el cual, las aguas se propagan por todas partes, humedeciendo los campos y favoreciendo el crecimiento vegetal, junto con el de otros seres. * El aire sirve como medio de dispersión de polen, semillas y esporas, favoreciendo la reproducción de muchos organismos.

d. Vientos Son generados por la rotación de la Tierra y por las diferencias de temperatura entre las distintas masas de aire. Debido a que el aire caliente es menos denso que el frío, conforme los rayos solares pegan directamente en el Ecuador, el aire caliente se eleva. El aire cálido de los trópicos también se encuentra saturado de agua evaporada por el calor del Sol. Cuando se eleva el aire saturado de agua, se enfría un poco, entonces el agua se condensa y cae en forma de lluvia. Los rayos directos del Sol y la cantidad de lluvia producida cuando el aire caliente y húmedo se elevan y se enfrían, crean una banda alrededor del Ecuador, llamada trópico, que es a la vez la región más húmeda y la más calurosa del planeta. El aire fresco y seco fluye entonces del Ecuador hacia el sur y hacia el norte. Alrededor de los 30º norte y sur de latitud, el aire frío comienza a caer. Conforme va cayendo, es calentado por radiaciones de la superficie terrestre. Para cuando llega a la superficie el aire está caliente y seco. No es de sorprenderse entonces, que la mayor parte de los grandes desiertos del mundo se encuentren en estas latitudes.

Manantial f. Suelo

e. Agua Es una de las sustancias más abundantes que hay en la Tierra y constituye un elemento abiótico muy importante para la existencia de los seres vivos, ya que es responsable de la distribución geográfica, de las adaptaciones y la conformación estructural de los organismos. El agua es

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Es una capa externa muy delgada de la Litósfera que proporciona soporte, nutrientes y espacio a todos los seres vivos terrestres. Como soporte, permite el desarrollo de las raíces de las plantas, sirve de apoyo a los animales que se desplazan sobre él y a los que forman galerías. Como nutrientes, brinda el agua y las sales minerales que necesitan los seres vivos y además sirve como depósito de desechos. Como espacio, es el territorio casi por excelencia escogido por los organismos para poder vivir. El suelo está formado por diversos minerales originados del estrato geológico y por materia orgánica (humus) formada por restos de organismos, además de agua proveniente de la lluvia o riego, aire procedente del intercambio gaseoso y por microorganismos vegetales y animales. Los suelos pueden ser silíceos, arcillosos y califormes.

Pampa 165

Biología - 5to Sec. Horizonte “B”

Horizonte “A” * Capa superficial * Máxima concentración de materia orgánica:(humus). * Zona de eluviación. * Subdivisiones: A1, A2 y A3

Horizonte “C”

* Subsuelo. * Pobre en materia orgánica, se acumulan nutrientes minerales. * Zona de iluviación. * Subdivisiones: B1, B2 y B3

* Constituido por rocas. * Material original del suelo.

2. Factores bióticos Forman el conjunto de seres vivos unicelulares o pluricelulares que se desarrollan en el ecosistema y que interactúan con los factores abióticos para modificarlos y alcanzar un ambiente estable, por ejemplo, cuando en la colmena, la temperatura sube durante los días de verano, las abejas baten intensamente las alas haciendo descender la temperatura; durante el invierno, las abejas se reúnen formando una masa compacta sobre los panales, a fin de reducir las pérdidas de calor. El microclima de la colmena es, por lo tanto, mucho más estable que el del exterior. Tipo de Especie Especie Interacción “A” “B”

Competencia

(-)

Si consideramos de manera aislada a las comunidades, también apreciaremos otros tipos de relaciones, que son las interespecíficas y las intraespecíficas.

a. Relaciones interespecíficas Son las que se llevan a cabo entre organismos de especies diferentes; dependiendo de la relación, ésta puede ser favorable (+), desfavorable (-) o indiferente a los organismo participantes (“0” cero).

Naturaleza de la interacción

Ejemplo

(-)

Individuos de especies diferentes utilizan el mismo recurso, actuando cada especie desfavorablemente sobre la otra. Se compite por el alimento, el agua, luz, espacios o sitios de nidificación, pareja, etc.

Las plantas compiten con otras por la luz solar y el agua. El crecimiento de bacterias emparentadas; en cultivos separados, la población individual aumenta, pero juntas, a los pocos días una de ellas disminuye. Tiburones que atacan peces, gatos y ratones; plantas insectívoras, murciélagos y polillas, rumiantes que ramovean la vegetación.

Depredación

(+)

(-)

Una especie captura (depredador o predador), y se alimenta de otra (presa), por lo que la primera resulta beneficiada, al tiempo que daña a la otra. También se considera predación a la ingestión de pequeños animales por plantas carnívoras o por hongos.

Cooperación

(+)

(+)

Las especies forman una asociación que no les es indispensable, pudiendo vivir por separado, pero que les da alguna ventaja.

La nidificación colectiva de varias especies de aves.

(-)

Cuando una especie se beneficia de otra, viviendo dentro (endoparásito) o fuera (ectoparásito) de su huésped. La especie parásita inhibe el crecimiento o reproducción del hospedero y a veces le provoca la muerte.

Hongos y bacterias pueden atacar a los animales y vegetales. La tenia en el organismo humano, las pulgas, los piojos, protozoarios que se aprovechan de otros individuos.

(+)

Es la asociación íntima y de largo plazo entre organismos de dos especies diferentes con beneficio recíproco. Cada especie necesita la presencia de la otra para sobrevivir, crecer y reproducirse: viven en simbiosis.

Los líquenes que resultan de la asociación de un alga, que proporciona la clorofila para la fotosíntesis y un hongo, que aporta la humedad. Las bacterias y las leguminosas.

(0)

Una de las especies se beneficia y la otra, ni se beneficia ni se perjudica. Los organismos comensales ejercen unos sobre otros coacciones de tolerancia recíproca.

Crustáceos dentro de la concha de algún molusco. Anélidos marinos y cangrejos. Las plantas epífitas. Tiburones y rémoras.

Parasitismo

Mutualismo

Comensalismo

166

(+)

(+)

(+)

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Biología - 5to Sec.

Amensalismo

Neutralismo

(-)

(0)

(0)

La especie llamada amensal resulta inhibida en su creciemiento o reproducción, mientras que la otra, la inhibidora, no resulta alterada.

Las hierbas, impiden el desarrollo de otras plantas. Animales ovinos que al buscar alimento desentierran lombrices que son ingeridas por aves.

(0)

No hay beneficio ni perjuicio para ninguno de los dos organismos, las dos especies son independientes, no tienen ninguna influencia entre sí.

Una lombriz de tierra y un insecto. Las ardillas y los topos en un bosque.

b. Relaciones intraespecíficas Las interacciones ocurren entre organismos de la misma especie, siendo de una duración determinada (temporal) o durar toda la vida (perenne). El incremento de individuos de una misma población, produce en algún momento competencia o disputa por las mismas cosas que no se encuentran en cantidades suficientes. Así, tenemos que la competencia se realiza en todos los niveles tróficos para obtener materia y energía. El aumento de una población puede controlarse naturalmente por: * Resistencia del ambiente: Comprende los factores físicos con los cuales el ambiente impide la sobrepoblación, como la limitación de alimentos, el clima, los depredadores, etc. El ambiente ayuda a restaurar el equilibrio de los componentes del ecosistema. * Territorialidad: Es la tendencia de los organismos a ocupar cierto territorio. En algunas especies, sobre todo en invertebrados superiores y vertebrados, un área determinada es defendida activamente contra la intrusión de otros individuos de la misma especie. Este fenómeno reduce la competencia, evita la pérdida de energía en períodos críticos y previene el agotamiento de las reservas de alimentos. Ej.: las aves y los peces defienden sus lugares de nidificación. * Sociedades: Son sistemas que proporcionan ventajas de supervivencia para el grupo. En estas organizaciones, el éxito se mide a menudo en términos de supervivencia de la colonia, en donde la supervivencia del individuo tiene sólo una importancia secundaria. En algunas especies, se produce una diferenciación morfológica de acuerdo a la función que realizan sus miembros, por ejemplo en las abejas, hormigas, comejenes, etc. Así tenemos, que en las abejas existe la reina, las obreas y los zánganos. * Compensación: Se da en el cuidado de las crías propias y ajenas. Ej.: En la especie llamada comúnmente pinguino emperador, algunos individuos actúan como nodrizas, cuidando a sus crías y a las de otros, mientras que los demás adultos se encuentran pescando. * Migraciones: Es otra forma de mantener el equilibrio de la población para aprovechar mejor el alimento y el espacio existente. Ej.: La migración del salmón desde el mar hasta las nacientes de los ríos donde depositan sus huevos.

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UTILIDAD DE LOS LÍQUENES Los beneficios que hasta hoy día ha obtenido el hombre de los líquenes son limitados. En algunos países nórdicos se consume como alimento y fuente de vitamina C, el musgo de Islandia (Cetracia islandica). En los países subpolares, el líquen de los renos, Cladonia rangiferina, sirve de alimento a los renos. La utilidad más conocida de los líquenes es quizás su uso como fuente de colorantes. La primera tintura de tornasol usada en química para la determinación de pH fue obtenida a partir de los líquenes. Recientemente se ha descubierto propiedades antibióticas en ciertas sustancias encontradas en los líquenes. Se han preparado también pomadas para evitar infecciones en heridas superficiales y quemaduras. Algunos líquenes se utilizan en cosméticos y perfumería, suministrando aceites esenciales.

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