2. LA UNIDAD ESTRUCTURAL DE LOS SERES VIVOS.

Las biomoléculas no son la unidad fundamental de la vida.

El conjunto de biomoléculas mas sencillo capaz de realizar estas funciones vitales es la célula.

La célula es la unidad estructural y funcional básica de la vida, pues es la parte mas pequeña de un organismo que presenta las características propias de los seres vivos: nutrirse, relacionarse y reproducirse. Todas las formas vivientes están compuestas por células estructurales.

2.1. LA TEORIA CELULAR.

Aristóteles y Paracelso en el Renacimiento, sostenían que los seres vivos estaban formados por pequeñas unidades vitales.

Estas ideas no eran producto de la observación ni de la experimentación y apenas tuvieron trascendencia.

La aparición de microscopios en el siglo XVII permitió observar células por primera vez. Al colocar una fina lamina de corcho bajo un sencillo microscopio, Hooke observo unas celdillas con forma geométrica a las que denomino células por su semejanza con las celdas de un panal.

Hoy sabemos que lo que Hooke vio fueron las paredes celulares de células que habían experimentado un proceso de suberificación.

Hubieron de transcurrir 150 años para que el termino célula adquiera el significado biológico que tiene en la actualidad.

En 1674, Anthony van Leeuwenhoek observo células libres, a las que denomino animálculos debido a su movilidad, en agua estancada, sangre y semen.

A principios del siglo XIX empezó la importancia de las células. La aparición de mejores lentes y la utilización de colorantes para teñir las preparaciones microscópicas.

En 1800 Brown introdujo la noción de núcleo. Purkinje estudio el contenido celular, protoplasma.

El botánico Matthias Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann enunciaron la teoría celular, aplicable tanto a plantas como animales, todos los organismos vivos están constituidos por una o mas células.

Virchow estableció que todas las células provienen de otras preexistentes y que pueden existir independientemente.

Ya en el siglo XX, el citólogo español Santiago Ramón y Cajal la aplicó en sus investigaciones sobre la estructura del sistema nervioso y demostró la individualidad de las neuronas.

La teoría celular se sintetiza en los siguientes puntos:

• La célula es el ser vivo mas pequeño y mas sencillo.

• Todos los seres vivos están compuestos por una o mas unidades vivas llamadas células.

• Cada célula posee su propia actividad vital.

• Toda célula procede de otra preexistente.

La célula es la unidad morfológica, estructural y funcional de todos los seres vivos.

2.2. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS CELULAS.

Características estructurales y funcionales como:

• Membrana.

• Interior celular o citoplasma, formado por una disolución coloidal.

• En el citoplasma y en el núcleo de las células se llevan a cabo las reacciones bioquímicas.

• Las células mas evolucionadas (eucariotas), presentan unos compartimentos en el citoplasma que realizan funciones concretas.

• Todas las células poseen moléculas de ácidos nucleicos (ADN y ARN), material genético, la información necesaria para regular, coordinar y llevar a cabo toda la actividad celular. Determina también las características especificas de cada individuo, imprescindible para el mantenimiento de la célula.

La forma guarda relación con las funciones especificas. Originalmente era esférica. Pero existen diversas formas: poliédricas y prismáticas, alargadas, estrelladas, etc.

El tamaño es muy variable, entre 0,5 m y 20 m. Únicamente son visibles al microscopio.

2.3. TIPOS DE CELULAS.

Libro.

3. FUNCIONES BASICAS DE LOS SERES VIVOS.

Nutrición, relación y reproducción.

3.1. FUNCION DE NUTRICION.

La célula es un sistema de moléculas que intercambian continuamente materia y energía con el medio exterior. Si ese intercambio cesara, la célula no podría mantenerse como sistema estable y moriría.

Las sustancias que la célula toma del medio, denominadas nutrientes, son utilizadas para obtener la energía necesaria para llevar a cabo todas sus funciones vitales, así como para conservar y renovar las estructuras celulares.

Tipos de nutrición.

• Los organismos autótrofos: productores. Toman del exterior moléculas inorgánicas sencillas con las que construyen las moléculas orgánicas que necesitan. Propia de las plantas y de algunos protoctistas y bacterias.

• Los organismos heterótrofos: son incapaces de sintetizar las moléculas orgánicas y deben obtenerlas de otros organismos, ya fabricadas. Dependen, pues, de la materia orgánica sintetizada por los seres autótrofos. Todos los animales, los hongos y la mayoría de las bacterias y protoctistas tienen nutrición heterótrofa y protozoos.

Los nutrientes que los organismos heterótrofos toman de otros seres vivos no pueden ser utilizados de modo inmediato por sus células y han de experimentar una serie de transformaciones que constituyen, en conjunto, el proceso de digestión.

El metabolismo celular.

Los nutrientes sufren una serie de reacciones químicas complejas que conforman la base de la actividad vital. El conjunto de todas esas reacciones se denomina metabolismo.

Las reacciones metabólicas presentan las siguientes características:

• Reacciones encadenadas, es decir, el producto final de una reacción constituye el reactivo inicial de otra. Secuencias de reacciones encadenadas, denominadas rutas metabólicas y son ramificadas. Las moléculas que son origen de una ramificación reciben el nombre de encrucijadas metabólicas.

• Todas las reaccione metabólicas son catalizadas, es decir, necesitan la presencia de una molécula denominada catalizador para llevarse a cabo. Los catalizadores biológicos, conocidos como enzimas, son moléculas proteicas especificas para cada reacción metabólica determinada depende de la presencia de la enzima activa correspondiente. Regula la consecución de una u otra depende de varios factores, como el pH, la temperatura y la acción de ciertas moléculas reguladoras.

• La mayor parte de las reacciones metabólicas son de oxidación-reducción. En la oxidación, las moléculas orgánicas se rompen en moléculas mas sencillas y se produce energía. Por el contrario, la construcción de moléculas grandes a partir de otras mas sencillas tiene lugar, normalmente, mediante un proceso de reducción para el cual se requiere energía.

Una molécula se oxida cuando pierde electrones. El proceso opuesto, la reducción, implica la ganancia de electrones. Para que una molécula gane electrones, es necesario que otra las pierda.

Tipos de procesos metabólicos.

• Proceso catabólico o catabolismo: consiste en una serie de reacciones de oxidación que transforman moléculas complejas en otras mas pequeñas y sencillas. La energía liberada es utilizada en la síntesis de nuevas moléculas, el funcionamiento de la célula. Se desprende también en forma de calor.

• Proceso anabólico o anabolismo: consiste en un conjunto de reacciones de reducción, que requieren el aporte de energía para construir moléculas complejas a partir de otras menores y mas sencillas.

Las reacciones catabólicas y anabólicas son interdependientes: la energía desprendida en el catabolismo se utiliza en el anabolismo.

Para que la energía puede intercambiarse, es necesaria la intervención de un intermediario que la capte y la ceda.

Este intermediario, adenosin trifosfato (ATP). Se trata de un nucleótido que posee enlaces de alta energía; cuando uno de estos se rompe, la molécula se transforma en ADP (adenosin difosfato), y se libera un grupo fosfato y una gran cantidad de energía.

La energía desprendida en los procesos catabólicos se usa para formar ATP, y la energía necesaria para llevar a cabo los procesos anabólicos procede de la ruptura de las moléculas de ATP.

Catabolismo.

Conjunto de reacciones metabólicas cuya finalidad es obtener energía a partir de lo que comemos.

Dos formas de obtener energía: respiración y fermentación.

- Respiración.

Este proceso catabólico consiste en la oxidación de moléculas energéticas a lo largo de una serie de etapas en las que se pierden electrones. El aceptor ultimo, es el oxigeno.

En la respiración aerobia se produce la oxidación total de las moléculas energéticas y se obtienen productos inorgánicos. El rendimiento energético es alto.

La respiración aerobia se realiza, en su mayor parte, en las mitocondrias de las células.

Esta respiración consiste en:

• Glucólisis: en el citoplasma celular. Rotura de la molécula de glucosa.

• Ciclo de Krebs: degradación de acetil-CoA, molécula obtenida del ácido pirúvico.

• Cadena de transporte de electrones: en la membrana interna de las mitocondrias. Los electrones extraídos en las fases anteriores son captados por unas moléculas que los van transportando sucesivamente. El aceptor final es el oxigeno.

En cada una de estas fases intervienen enzimas especificas y coenzimas, y en algunos pasos de estas rutas metabólicas se produce la fosforilación oxidativa, es decir, la formación de ATP a partir de ADP.

- Fermentación.

En el citoplasma celular.

Fermentación láctica: en las bacterias; el producto final es el ácido láctico. Es mucho menos rentable energéticamente que la respiración aerobia.

Fermentación alcohólica: en las levaduras; el producto final es el etanol.

Cuando la molécula de partida es una proteína, suelen producirse sustancias malolientes.

Dado que en el proceso de fermentación no interviene el oxigeno, los organismos que la realizan se denominan anaerobios. El oxigeno resulta toxico (anaerobios estrictos); en otros, son capaces de llevar a cabo tanto la respiración aerobia como las fermentaciones (anaerobios facultativos).

Anabolismo.

Para que la vida pueda mantenerse, es imprescindible la formación de nuevas moléculas orgánicas que reemplacen a las que se van perdiendo.

Todas las células sintetizan moléculas complejas a partir de otras mas sencillas. Dos tipos de procesos anabólicos. Uno de ellos, se parte de moléculas orgánicas y se sintetizan otras mas complejas. En otro, se elaboran moléculas orgánicas a partir de inorgánicas.

Los organismos autótrofos son los únicos seres que pueden llevar a cabo este ultimo proceso anabólico. Se diferencian dos procesos anabólicos distintos: fotosíntesis y quimiosíntesis.

- Fotosíntesis.

La realizan las plantas, bacterias y protoctistas, que obtienen la energía necesaria para sintetizar las moléculas orgánicas de la luz del Sol.

Proceso de oxidación-reducción, existe un dador de H+ y de electrones (plantas de agua) y un aceptor inorgánico (dióxido de carbono, nitratos, sulfatos...)

La molécula queda oxidada, y la aceptora, reducida.

Se libera oxigeno procedente de la molécula de agua. Desprenden grandes cantidades de esta molécula.

Si se compara el proceso global de la fotosíntesis con el de la respiración aerobia, se observa que son opuestos.

Es un error frecuente considerar que las plantas realizan las fotosíntesis, pero no la respiración. Todas llevan a cabo ambos procesos.

• Fase lumínica: se realiza en las tilacoides. La luz y la presencia de pigmentos fotosintéticos, clorofila, moléculas que absorben energía de distintas longitudes de onda.

• Fase oscura. Libro.

- Quimiosíntesis.

• Bacterias nitrificantes: obtienen la energía de la oxidación de compuestos nitrogenados presentes en el medio (amoniaco). Como consecuencia se liberan nitratos.

• Bacterias sulfatizantes: utilizan la energía producida en la oxidación del sulfuro de hidrógeno para formar azufre o sulfatos.

• Ferrobacterias: oxidan sales de hierros (sulfatos) y liberan hidróxidos de hierro.

Imprescindible para las bacterias que la realizan, la quimiosíntesis desempeña un papel fundamental en los ciclos biogeoquímicos de nuestro planeta, constituidos por las diversas transformaciones que sufren las moléculas que componen los seres vivos y gracias a los cuales los bioelementos van formando parte de distintas moléculas orgánicas e inorgánicas.

3.2. FUNCION DE RELACION.

Libro.

3.3. FUNCION DE REPRODUCCIÓN.

Capaces de formar nuevos individuos semejantes a ellos.

La reproducción es imprescindible para mantener la vida, pues las estructuras biológicas se deterioran con el tiempo y todos los organismos tienen un periodo de vida determinado. La aparición de nuevos seres, iguales o muy semejantes a sus progenitores, garantiza la perpetuación de la vida aunque los individuos concretos vayan desapareciendo.

La reproducción es el mecanismo por el que la vida se renueva y se opone a su desaparición con el tiempo.

No solamente se reproducen los organismos; también lo hacen las células de que están compuestos.

REPRODUCCIÓN CELULAR.

La reproducción consiste en la división de las células en células hijas.

Las moléculas de ADN de las células madre deben transmitirse a las células hijas, estas moléculas deben formar copias de si mismos, luego se repartirán a los nuevos individuos.

Mitosis o cariocinesis.

• Profase: mas larga. El ADN se condensa originando unas estructuras denominadas cromosomas, que permiten su posterior separación de manera correcta. Cada cromosoma contiene información genética duplicada. Un sistema de túbulos proteicos que constituyen el huso acromático, su finalidad es llevar a cabo la separación de los cromosomas.

• Metafase: cada cromosoma se une a una fibra del huso acromático por una zona estrecha, denomina centrómero. La unión se produce en la zona media del huso acromático (plano ecuatorial). Se forma la placa ecuatorial.

• Anafase: las fibras del huso acromático se rompen por el plano ecuatorial y cada cromosoma queda escindido en dos mitades o cromátidas. Las fibras rotas del huso se contraen y arrastran a las cromátidas hacia los polos celulares.

• Telofase: los restos de fibras del huso acromático desaparecen y se forma nuevamente, una membrana celular. Se obtienen dos núcleos, hijos idénticos, cada uno de los cuales contiene una copia de la información genética de la célula madre. El ADN pasa a una forma menos condensada y desaparecen las estructuras cromosómicas.

Citocinesis.

El citoplasma se divide, repartiéndose de forma equitativa los orgánulos celulares, se obtienen dos células hijas, lo que supone el final. Las células animales, la citocinesis tiene lugar por estrangulación de la membrana en la zona central de la célula; en las células vegetales, se forman en la zona central una condensación de vesículas desprendidas del aparato de Golgi (fragmoplasto). Se fusionan originando un tabique y, con ello, dos nuevas células.

Interfase, las células crecen y se produce la síntesis de las proteínas y de otras biomoléculas orgánicas, así como la duplicación del material genético.

LA REPRODUCCIÓN DE LOS ORGANISMOS.

• Asexual: grupo de células, incluso de una sola, de la cual se genera un nuevo individuo. Sucesivas divisiones celulares y la posterior especialización de las células para formar los órganos y aparatos del nuevo individuo, que será idéntico al progenitor. Mayor numero de descendientes. Mas frecuente en las plantas que en los animales y permite un rápido y fácil aumento del numero de organismos.

• Sexual: esta reproducción requiere la intervención de unas células especiales, células sexuales o gametos, cuya unión (fecundación), origina una célula que recibe el nombre de célula hija o cigoto, sucesivas divisiones, generara un nuevo individuo.

Los gametos que se fecundan son producidos por individuos distintos, cada uno con su propia información genética.

El cigoto, el organismo originado a partir de el poseen características de ambos progenitores.

Una división especial: la meiosis.

Un numero constante y característico de cromosomas, denominado numero diploide o 2n, conservado generación tras generación.

Si los gametos tuviesen un numero diploide de cromosomas, el cigoto resultante tendría el doble (2n + 2n = 4n).

Para evitar este proceso tiene lugar un tipo especial de división celular, que reduce a la mitad el numero de cromosomas dejándolo en un numero haploide o n.

En la meiosis, a partir de una célula diploide (2n) se forman cuatro células hijas haploides contiene la mitad de la información genética.

Dos divisiones celulares sucesivas: la primera división reduce a la mitad el numero de cromosomas; la segunda es semejante a una mitosis normal.

La célula se encuentra en interfase, y al iniciarse la división se produce una duplicación del ADN. Mas larga y mas compleja.

• Profase I: proceso largo y complejo. Cromatina se espiraliza y se transforma en cromosomas. Cada cromosoma esta compuesto por dos cromátidas hermanas. Busca su homologo. Se dividen en 5 etapas. Estas parejas, con sus cuatro cromátidas, forman una estructura denominada bivalente. El sobrecruzamiento: cromátidas de los cromosomas homólogos intercambian fragmentos de material cromosómico, lo que se traduce en una mayor variabilidad genética en la descendencia. Los puntos donde tienen lugar los intercambios se denominan quiasmas.

• Metafase I: libro.

• Anafase I: libro.

• Telofase I: libro.

CICLOS BIOLOGICOS.

Según el momento en el que se produzca, presentan un determinado tipo de ciclo biológico, periodos o fases en los que existen células haploides y otros en los que hay diploides.

• Ciclo diplonte: en todos los animales (algas, hongos y protozoos). La meiosis tiene lugar en las células que originan los gametos, la fase haploide únicamente comprende a estos. Cuando el individuo es 2n.

• Ciclo haplonte: algas y hongos. La fase diploide se reduce al cigoto, después de su formación se produce la meiosis. El individuo es n. Primero existieron los haploides.

• Ciclo diplohaplonte: se presenta en todas las plantas. Consiste en la combinación de los dos ciclos anteriores. El organismo adulto diploide, esporofito, origina por meiosis una gran cantidad de células haploides, no son gametos, reciben el nombre meiosporas. Se desarrollan y forman por mitosis un nievo individuo, llamado gametofito, que es haploide. Reproducción asexual. El gametofito produce gametos n, se unen y forman un cigoto, a un nuevo esporofito, alternancia de generaciones, el espirofito diploide y el gametofito haploide.

Evolución de los ciclos biológicos.

El ciclo haplonte es el mas primitivo, resulta razonable suponer que las primeras células tuvieron una sola dotación cromosómica (n).

En el proceso evolutivo, ciertos organismos debieron retrasar el momento de la meiosis y alargaron la fase diploide; condujo al establecimiento del ciclo diplonte. Al tener doble dotación cromosómica, los genes están duplicados. Si un gen de un cromosoma se alterase, su homologo poseería la información original contrarrestaría esa alteración. Causa de que los ciclos biológicos diplontes se encuentren tan difundidos en la naturaleza.

El ciclo diplohaplonte parece proceder evolutivamente del haplonte por alargamiento progresivo de la fase esporofitica.

TEMA 7 CARACTERISTICAS GENERALES DE

LOS SERES VIVOS

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