1. Introducción
Desde que el hombre tuvo la capacidad de pensar y de razonar, se empezó a preguntar como surgió la vida, surgiendo así uno de los problemas más complejos y difíciles que se ha planteado el ser humano, en su afán de encontrar una respuesta intentó solucionar mediante explicaciones religiosas, mitológicas y científicas, a partir de estas últimas han surgido varias teorías.
El presente trabajo basado en la obra "el origen de la vida" del celebre autor Antonio Lazcano manejaremos la evolución de dicho pensamiento a través de los años, dando así una pauta para comprender mejor dicho cambio del pensamiento humano.
2. El Creacionismo
Desde la antigüedad han existido explicaciones creacionistas que suponen que un dios o varios pudieron originar todo lo que existe. A partir de esto, muchas religiones se iniciaron dando explicación creacionista sobre el origen del mundo y los seres vivos, por otra parte, la ciencia también tiene algunas explicaciones acerca de cómo se originaron los seres vivos como son las siguientes
3. La Generación Espontánea
Desde la antigüedad este pensamiento sé tenia como aceptable, sosteniendo que la vida podía surgir del lodo, del agua, del mar o de las combinaciones de los cuatro elementos fundamentales: aire, fuego, agua, y tierra. Aristóteles propuso el origen espontáneo para gusanos, insectos, y peces a partir de sustancias como el rocio, el sudor y la humedad. Según él, este proceso era el
resultado de interacción de la materia no viva, con fuerzas capaces de dar vida a lo que no tenía. A esta fuerza la llamo ENTELEQUIA.
La idea de la generación espontánea de los seres vivos, perduro durante mucho tiempo. En 1667, Johann B, van Helmont, medico holandés, propuso una receta que permitía la generación espontánea de ratones: "las criaturas tales como los piojos, garrapatas, pulgas, y gusanos, son nuestros huéspedes y vecinos, pero nacen de nuestras entrañas y excrementos. Porque si colocamos ropa interior llena de sudor junto con trigo en un recipiente de boca ancha, al cabo de 21 días el olor cambia y penetra a través de las cáscaras del trigo, cambiando el trigo en ratones. Pero lo más notable es que estos ratones son de ambos sexos y se pueden cruzar con ratones que hayan surgido de manera normal..."
Algunos científicos no estaban conformes con esas explicaciones y comenzaron a someter a la experimentación todas esas ideas y teorías.
Francisco Redi, medico italiano, hizo los primeros experimentos para demostrar la falsedad de la generación espontánea. Logro demostrar que los gusanos que infestaban la carne eran larvas que provenían de huevecillos depositados por las moscas en la carne, simplemente coloco trozos de carne en tres recipientes iguales, al primero lo cerro herméticamente, el segundo lo cubrió con una
gasa, el tercero lo dejo descubierto, observo que en el frasco tapado no había gusanos aunque la carne estaba podrida y mal oliente, en el segundo pudo observar que, sobre la tela, había huevecillos de las moscas que no pudieron atravesarla, la carne del tercer frasco tenia gran cantidad de larvas y moscas. Con dicho experimento se empezó a demostrar la falsedad de la teoría conocida como "generación espontánea".
A finales del siglo XVII, Antón van Leeuwenhoek, gracias al perfeccionamiento del microscopio óptico, logro descubrir un mundo hasta entonces ignorado. Encontró en las gotas de agua sucia gran cantidad de microorganismos que parecían surgir súbitamente con gran facilidad. Este descubrimiento fortaleció los ánimos de los seguidores de la "generación espontánea".
A pesar de los experimentos de Redí, la teoría de la generación espontánea no había sido rechazada del todo, pues las investigaciones, de este científico demostraba el origen de las moscas, pero no el de otros organismos
4. Spallanzani Y Needham
En esos mismos tiempos, otro científico llamado Needham, sostenía que había una fuerza vital que originaba la vida. Sus suposiciones se basan en sus experimentos: hervía caldo de res en una botella, misma que tapaba con un corcho, la dejaba reposar varios días y al observar al microscopio muestra de la sustancia, encontraba organismos vivos. Él afirmaba que el calor por el
que había hecho pasar el caldo era suficiente para matar a cualquier organismo y que, entonces, la presencia de seres vivos era originada por la fuerza vital. Sin embargo Spallanzani no se dejo convencer como muchos científicos de su época, realizando los mismos experimentos de Needham, pero sellada totalmente las botellas, las ponía a hervir, la dejaba reposar varios días y cuando hacia observaciones no encontraba organismos vivos. Esto lo llevo a concluir que los organismos encontrados por Needham procedían del aire que penetraba a través del corcho.
5. Pasteur
En 1862, Louis Pasteur, médico francés, realizó una serie de experimentos encaminados a resolver el problema de la generación espontánea. Él pensaba que los causantes de la putrefacción de la materia orgánica eran los microorganismos que se encontraban en el aire. Para demostrar su hipótesis, diseñó unos matraces cuello de cisne, en los cuales coloco líquidos nutritivos que después hirvió hasta esterilizarlos. Posteriormente, observo que en el cuello de los matraces quedaban detenidos los microorganismos del aire y aunque este entraba en contacto con la sustancia nutritiva, no había putrefacción de la misma. Para verificar sus observaciones, rompió el cuello de cisne de un matraz, y al entrar en contacto él liquido con el aire y los microorganismos que contenía él ultimo, se producía una descomposición de la sustancia nutritiva De esta manera quedo comprobada por él celebre científico la falsedad de la teoría de la generación espontánea.
6. La Panspermia
Una propuesta mas para resolver el problema del origen de la vida la presento Svante Arrhenius, en 1908. Su teoría se conoce con el nombre de panspermia. Según esta, la vida llego a la Tierra en forma de esporas y bacterias provenientes del espacio exterior que, a u vez, se desprendieron de un planeta en la que existían.
A esta teoría se le pueden oponer dos argumentos: Se tiene conocimiento de que las condiciones del medio interestelar son poco favorables para la supervivencia de cualquier forma de vida. Además, se sabe que cuando un meteorito entra en la atmósfera, se produce una fricción que causa calor y combustión destruyendo cualquier espora o bacteria que viaje en ellos. Y tampoco soluciona el problema del origen de la vida, pues no explica
como se formó ésta en el planeta hipotético del cual se habría desprendido la espora o bacteria.
7. La Teoría De Oparin – Haldane
Con el transcurso de los años y habiendo sido rechazada la generación espontánea, fue propuesta la teoría del origen físico-químico de la vida, conocida de igual forma como teoría de Oparin – Haldane.
La teoría de Oparin- Haldane se basa en las condiciones físicas y químicas que existieron en la Tierra primitiva y que permitieron el desarrollo de la vida.
De acuerdo con esta teoría, en la Tierra primitiva existieron determinadas condiciones de temperatura, así como radiaciones del Sol que afectaron las sustancias que existían entonces en los mares primitivos. Dichas sustancias se combinaron dé tal manera que dieron origen a los seres vivos.
En 1924, el bioquímico Alexander I. Oparin publico "el origen de la vida", obra en que sugería que recién formada la Tierra y cuando todavía no había aparecido los primeros organismos, la atmósfera era muy diferente a la actual, según Oparin, esta atmósfera primitiva carecía de oxígeno libre, pero había sustancias como el hidrógeno, metano y amoniaco. Estos reaccionaron entre sí debido a la energía de la radiación solar, la actividad eléctrica de la atmósfera y a la de los volcanes, dando origen a los primeros seres vivos.
En 1928, John B.S.Haldane, biólogo ingles, propuso en forma independiente una explicación muy semejante a la de Oparin. Dichas teorías, influyeron notablemente sobre todos los científicos preocupados por el problema del origen de la vida.
8. Condiciones que permitieron la vida
Hace aproximadamente 5 000 millones de años se formó la Tierra, junto con el resto del sistema solar. Los materiales de polvo y gas cósmico que rodeaban al Sol fueron fusionándose y solidificándose para formar los todos los planetas.
Cuando la Tierra se condensó, su superficie estaba expuesta a los rayos solares, al choque de meteoritos y a la radiación de elementos como el torio y el uranio. Estos procesos provocaron que la temperatura fuera muy elevada.
La atmósfera primitiva contenía vapor de agua (H2O), metano (CH4), amoniaco (NH3), ácido cianhídrico (HCN) y otros compuestos, los cuales estaban sometidos al calor desprendido de los volcanes y a la radiación ultravioleta proveniente del sol. Otra característica de esta atmósfera es que carecía de oxigeno libre necesario para la respiración.
Como en ese tiempo tampoco existía la capa formada por ozono, que se encuentra en las partes superiores de la atmósfera y que sirven para filtrar el paso de las radiaciones ultravioletas del sol, estas podían llegar en forma directa a la superficie de la Tierra.
También había gran cantidad de rayos cósmicos provenientes del espacio exterior, así como actividad eléctrica y radiactiva, que eran grandes fuentes de energía. Con el enfriamiento paulatino de la Tierra, el vapor de agua se condeno y se precipito sobre el planeta en forma de lluvias torrenciales, que al acumularse dieron origen al océano primitivo, cuyas características definieran al actual.
9. ¿Cómo fueron los primeros organismos?
Los elementos que se encontraban en la atmósfera y los mares primitivos se combinaron para formar compuestos, como carbohidratos, las proteínas y los aminoácidos. Conforme se iban formando estas sustancias, se fueron acumulando en los mares, y al unirse constituyeron sistemas microscópicos esferoides delimitados por una membrana, que en su interior tenían agua y sustancias disueltas.
Estos tipos de sistemas pluricelulares, podemos estudiarlos a partir de modelos parecidos a los coacervaros (gotas microscópicas formadas por macromoléculas a partir de la mezcla de dos soluciones de estas, son un posible modelo precelular). Estos son mezclas de soluciones orgánicas complejas, semejantes a las proteínas y a los azúcares.
Oparin demostró que en el interior de un coacervado ocurren reacciones químicas que dan lugar a la formación de sistemas y que cada vez adquieren mayor complejidad. Las propiedades y características do los coacervados hacen suponer que los primeros sistemas precelulares se les parecían mucho.
Los sistemas precelulares similares a los coacervados sostienen un intercambio de materia y energía en el medio que los rodea. Este tipo de funciones también las realizan las células actuales a través de las membranas celulares.
Debido a que esos sistemas precelulares tenían intercambio con su medio, cada vez se iban haciendo más complejos, hasta la aparición de los seres vivos.
Esos sistemas o macromoléculas, a los que Oparin llamó PROTOBIONTES, estaban expuestos a las condiciones a veces adversas del medio, por lo que no todos permanecieron en la Tierra primitiva, pues las diferencias existentes entre cada sistema permitían que solo los más resistentes subsistieran, mientras aquellos que no lo lograban se disolvían en el mar primitivo, el cual ha sido también llamado SOPA PRIMITIVA.
Después, cuando los protobiontes evolucionaron, dieron lugar a lo que Oparin llamo EUBIONTES, que ya eran células y, por lo tanto, tenían vida. Según la teoría de Oparin – Haldane, así surgieron los primeros seres vivos.
Estos primeros seres vivos eran muy sencillos, pero muy desarrollados para su época, pues tenían capacidad para crecer al tomar sustancias del medio, y cuando llegaban a cierto tamaño se fragmentaban en otros más pequeños, a los que podemos llamar descendientes, estos conservaban muchas características de sus progenitores.
Estos descendientes iban, a su vez, creciendo y posteriormente también se fragmentaban; de esta manera inicio el largo proceso de evolución de las formas de vida en nuestro planeta.
viernes, 30 de abril de 2010
viernes, 2 de abril de 2010
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES – FACULTAD DE ENFERMERÍA – FILIAL CUSCO
BIOLOGÍA GENERAL
1. Sistema viviente.- Seres vivos; características.- Teorías sobre el origen de la vida.
Conceptos básicos:
• Vida: Conceptos filosóficos.
o Según Lamarck: Conjunto de movimientos orgánicos de los cuerpos que lo poseen.
o Según Vichat: Conjunto de fenómenos que se oponen a la muerte.
o Según Spencer: Es la continua adaptación entre las condiciones internas y externas entre el organismo y el medio que les rodea.
• Ciencia: Del latin “scienta”, conjunto de conceptos que fueron adquiridos a través de la experiencia.
• Biología: Proviene de dos voces griegas (bios = vida y logos = estudio o tratado). Es la ciencia que estudia , describe y analiza a los seres vivos, tomando en cuenta su composición química, las características de su estructura, su funcionamiento, los mecanismos que le dieron origen, los cambios que experimentan a través del tiempo (evolución) y las relaciones que existen con el medio les rodea, los cuales pueden ser inter o intraespecífica.
La biología es una ciencia amplia que comprende varias ramas como la biología general, que estudia las características generales de los organismos.
La taxonomía que toma en cuenta las semejanzas y diferencias de los organismos para luego clasificarlos.
La biología comprende diversas ramas de la naturaleza como la botánica, la zoología, la microbiología, la genética, la citología, histología, anatomía, fisiología, embriología, parasitología, paleontología, ecología, etología, etc.
La biología aplicada comprende a la zootecnia, la veterinaria, medicina, agronomía, enfermería, etc.
• Subdivisiones de la biología:
Siempre ha sido difícil determinar los límites de la biología, y al tiempo que el campo de acción de esta ciencia ha variado, sus áreas de estudio se han modificado y reorganizado. En la actualidad, se subdivide en materias jerarquizadas basadas en la molécula, la célula, el organismo y la población.
La biología molecular, que comprende la biofísica y la bioquímica, ha constituido una gran aportación a la biología moderna. Actualmente, los conocimientos sobre la estructura y función de los ácidos nucleicos y proteínas, moléculas claves de toda la materia viva, son amplios. El avance más importante para la ciencia moderna fue el descubrimiento de los mecanismos de la herencia. Otro gran progreso de la biología molecular ha sido el avance en las investigaciones acerca del metabolismo celular, es decir, de cómo las moléculas procesan la energía necesaria para la vida.
La biología celular está estrechamente ligada a la biología molecular. Para comprender las funciones de la célula, unidad estructural básica de la materia viva, los biólogos celulares estudian sus componentes a nivel molecular. En 1838, el botánico alemán Matthias Schleiden propuso que la célula constituía la unidad estructural común de los seres vivos. Un año más tarde, el también alemán Theodor Schwann hizo extensiva esta teoría celular a los animales, sentando las bases que marcarían el desarrollo de la citología y la histología.
La biología de los organismos se relaciona con la biología celular, ya que las funciones vitales de los organismos multicelulares están gobernadas por las acciones e interacciones de sus componentes celulares. Su estudio abarca el crecimiento y desarrollo (biología del desarrollo) y su funcionamiento (fisiología). Las investigaciones sobre el cerebro y el sistema nervioso (neurofisiología) y sobre el comportamiento animal (etología) son especialmente importantes.
En la década de 1970, la biología de poblaciones se consolidó como la subdivisión principal de los estudios biológicos. En este campo, el eje central es el estudio de la evolución, en la que destacan las contribuciones de Charles Darwin. La genética, es decir, el estudio de las variaciones genéticas en las poblaciones, y la ecología, o estudio de poblaciones en sus hábitats naturales, se convirtieron en materias de estudio a partir de la década de 1930. En estrecha relación con estas ciencias se hallan las investigaciones sobre el comportamiento animal que se centran en la contribución de la genética a las relaciones sociales entre poblaciones animales (sociobiología).
La biología también incluye el estudio de los humanos en el ámbito molecular, celular y de organismos. Si su objetivo es la aplicación de los conocimientos biológicos a la salud, el estudio se denomina biomedicina. Las poblaciones humanas no se consideran dentro del campo de estudio de la biología, sino que son el objetivo de la antropología y de otras ciencias sociales. Los límites y las subdivisiones de la biología son tan variables hoy en día como lo han sido siempre, y cabe esperar aún más modificaciones.
MÉTODO CIENTÍFICO
Consiste en examinar un fenómeno en condiciones determinadas, con el fin de descubrir las causas que la producen y las leyes a las que están sometidas. Entre los pasos del método científico se tiene:
1. Observación: Consiste en conocer las características que presenta el fenómeno, para ello se necesita utilizar los órganos de los sentidos. Ejemplo: mediante la vista se conoce el aspecto, forma, color, etc.; mediante el tacto la textura; mediante el oído las vibraciones; mediante el olfato los olores y mediante el gusto los sabores. Para ampliar las características del fenómeno se pueden utilizar algunos instrumentos como el microscopio y lentes.
La observación no sólo es cualitativa sino también cuantitativa, para ello se utiliza diferentes equipos y materiales como la balanza, el barómetro y el termómetro entre otros.
La observación debe ser la más completa posible, minuciosa, detallada y metódica con el fin de no omitir ningún detallada.
El observador debe presentar ciertos requisitos básicos como curiosidad, paciencia, interés, experiencia, etc.
2. Hipótesis: Es una explicación anticipada que se hace al fenómeno observado.
El investigador, para plantear la hipótesis debe tener preparación científica y experiencia. La hipótesis es la que va a orientar la experimentación.
3. Experimentación: Consiste en reproducir artificialmente el fenómeno observado en condiciones determinadas con la finalidad de alcanzar la explicación de la misma.
El experimentador debe tener experiencia, preparación científica, conocimiento de las técnicas a utilizar, destreza en el manejo del instrumental.
4. Comparación y generalización: Las conclusiones a las que se ha arribado se comparan con otras ya existentes, observando las semejanzas y diferencias. Confirmada la hipótesis mediante la experimentación, éste tiene carácter de ley, lo que representa la enunciación de un hecho que se tiene como verdad.
LOS SERES VIVOS
Los seres vivientes son sistemas bastante organizados, muy complejos y autocontrolados, en cuya construcción se necesita carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), Azufre (S), fósforo (P).
- C, H, O forman los lípidos.
- C, H, O, N forman las proteínas
Estos elementos constituyen moléculas desde las más simples hasta las más complejas, las cuales al asociarse forman estructuras como las membranas celulares que tienen la capacidad de intercambiar materia y energía con el medio ambiente que les rodea.
Tanto los seres vivos como los minerales están formados por los mismos elementos químicos y en ambos ocurren reacciones químicas; en el caso de los seres vivos catalizados por enzimas y en el inerte por catalizadores inorgánicos.
Los seres vivos se diferencias del inerte por las siguientes características:
1. Nivel de organización
Todo organismo presenta un alto grado de organización específica, los átomos que forman parte de su composición química se agrupan para constituir las moléculas. La asociación de las moléculas, cumpliendo cada uno su función específica constituyen la unidad vital que es la célula. Para el caso de los organismos pluricelulares las células se diferencian para constituir tejidos (nivel tisular), estos dan lugar a los órganos, los cuales al agruparse constituyen sistemas y el conjunto de sistemas viene a constituir los seres vivos.
2. Metabolismo
Son todas las reacciones químicas y cambios energéticos que ocurren en el interior de las células que son responsables del crecimiento, mantenimiento, reparación, reproducción y otras actividades. El metabolismo implica formación o ruptura de los enlaces químicos, dichos enlaces constituyen un potencial de energía que mantiene unidos a los átomos que van a formar las moléculas. Comprende dos procesos:
a) Anabolismo.- Proceso de biosíntesis que consiste en la formación de moléculas complejas a partir de simples, con almacenamiento de energía, por ejemplo: en la síntesis de glucosa a partir de CO2 y H2O, la energía proviene del sol captada por los pigmentos de la clorofila y convertir la energía luminosa en energía química contenido en la glucosa.
b) Catabolismo.- Proceso degradativo o de descomposición. Las moléculas complejas se destruyen por rompimiento de sus enlaces con liberación de energía. En este caso la energía liberada es progresiva y es utilizada directamente por la célula. A partir de estas se forma la molécula de ATP considerada como la molécula universal de energía que le permite ejecutar trabajo, por lo tanto durante la degradación una fracción de energía liberada es cinética que ejecuta trabajo y la otra es calorífica. Por ejemplo; la degradación de la glucosa en CO2 y H2O, las proteínas en urea y agua, los aminoácidos sobre todo las bases púricas en ácido úrico y agua.
3. Excresión
Consiste en la eliminación de los desechos que provienen del metabolismo celular, como el agua, el anhídrido carbónico, urea y ácido úrico. Mediante la excresión se mantiene constante el equilibrio del medio interno o sea la homeostasis; también contribuye en este equilibrio el sistema nervioso y las hormonas.
En los organismos unicelulares la excresión es muy simple, los desechos son llevados hacia el medio exterior en forma directa, en cambio en los organismos pluricelulares es más complejo, los desechos son expulsados hacia el fluido extracelular como son la sangre, la hemolinfa, la savia. En aquellos organismos que poseen órganos especializados como riñones, pulmones y piel (glándulas sudoríparas), los desechos son tomados por las células de estos órganos y llevados hacia el medio exterior.
4. Crecimiento
Es el aumento de tamaño del organismo, en este proceso ocurren el mayor porcentaje de reacciones anabólicas. En los organismos unicelulares el crecimiento se debe al incremento de tamaño de la única célula que lo constituye, dicho crecimiento se debe a la duplicación de las moléculas; en cambio en los organismos pluricelulares el crecimiento está determinado por el incremento del número de células. En los animales, el crecimiento es limitado, sólo crece hasta alcanzar la estatura de la raza a la que corresponde, en cambio en las plantas, sobre todo en los árboles y arbustos, el crecimiento es continúo.
5. Movimiento
La mayoría de los organismos animales realizan movimientos de locomoción, algunos son sedentarios como los corales, las ostras y las medusas; estos para capturar las partículas alimenticias mueven los cilios, flagelos o tentáculos y que el agua se acerque con mayor rapidez.
Las plantas son estacionarias, pero realizan movimientos de curvatura y de orientación.
6. Irritabilidad
Consiste en la capacidad de responder a la acción de un estímulo, los organismos unicelulares pueden acercarse hacia las partículas alimenticias o alejarse de su medio cuando éste le amenaza. En los organismos superiores la capacidad de respuesta está coordinada por el sistema nervioso y las hormonas.
• Estímulo.- Agente externo de naturaleza física o química que al actuar sobre las células de un órgano, es capaz de provocar una reacción o respuesta. Son de naturaleza física: la luz, la gravedad, el contacto, la temperatura, etc. Son químicos: las sustancias alimenticias que estimulan a las glándulas para que secreten jugos digestivos.
• Respuestas o reacciones.- Estos pueden ser positivos (+) cuando se acercan al estímulo y negativo (-) cuando se alejan. Se puede mencionar las siguientes reacciones:
o Tropismos.- Movimiento de orientación que realizan los órganos de las plantas, por ejemplo: el tallo presenta fototropismo (+) y geotropismo (-); la raíz geotropismo (+) y fototropismo (-).
o Taxismo.- Movimiento de locomoción que realizan ciertos organismos: fototaxismo (orientados por la luz), quimiotaxismo (orientado por los alimentos), termotaxismo (temperatura), haptotaxismo o tignotaxismo (tacto), geotaxismo (gravedad).
o Nastías.- Respuestas que realizan algunos foliolos de la hoja y los verticilos florales, ésta respuesta se caracteriza por el cierre y apertura de dichos órganos. Por ejemplo los foliolos de la planta sensitiva al contacto con un objeto extraño se cierra.
7. Reproducción
Conduce a la perpetuación de la especie, por lo tanto de la vida, mediante este proceso se transmite material genético previamente duplicado a los descendientes.
o Reproducción asexual.- En la que participa un solo progenitor, dando lugar a uno o más descendientes que llevan la misma carga genética del progenitor, puesto que no participan las células especializadas o gametos, por lo tanto son idénticas entre ellas mismas así como con el progenitor.
La división celular (mitosis) constituye la reproducción asexual donde la célula madre da lugar a 2 células hijas con la misma carga genética.
o Reproducción sexual.- Se realiza mediante la meiosis, que es la formación de gametos por la recombinación de material genético, cada gameto lleva distinta carga genética. En la fecundación o fertilización participan 2 progenitores masculino y femenino, la célula resultante de la fertilización llamada cigoto o huevo contiene diferente carga genética, a partir de este ovocito fecundado por divisiones celulares sucesivas y gracias a la diferenciación celular llega a constituir al nuevo individuo de la especie.
Desarrollo y diferenciación.- El cigoto fecundado después de duplicar el material genético lleva a cabo la primera segmentación dando lugar a 2 células embrionarias denominada blastómeros; éstas en una segunda segmentación dan lugar a 4, luego a 8 y así sucesivamente. El cigoto llamado embrión sufre cambios estructurales y a nivel bioquímico para llegar a constituir al nuevo individuo, estos cambios se deben a la activación de las unidades de la herencia que constituyen instrucciones hereditarias llamados genes, que actúan en parejas por lo tanto son homólogos y deben ocupar el mismo locus, también en cromosomas homólogos.
Durante el desarrollo embrionario las células se diferencian gracias a la activación de los genes que tienen lugar en diferentes tiempos y distintos sitios, dicha activación permite que cada célula al diferenciarse se especializan para desempeñar una función determinada y pasa a constituir distintas líneas celulares, y mediante el proceso de organogénesis dan lugar a un nuevo individuo.
Los organismos obtenidos mediante la clonación no resultan de una reproducción sexual, sino de la asexual donde el núcleo de una célula somática se coloca en el citoplasma del ovocito.
8. Adaptación
Los organismos animales y vegetales experimentan cambios que pueden ser morfológicos y fisiológicos, o de hábitos de comportamiento que les permite aprovechar los recursos que la naturaleza ofrece, de modo que aumenta la posibilidad de sobrevivir. La adaptación puede ser temporal y también permanente. Por ejemplo: los animales con adaptación acuática (peces, corales). En el caso de las plantas su adaptación es hidrófila, algunos órganos necesitan abundante humedad.
- Lugares secos = xerófitos (plantas)
mesófilo (animales)
Todo cambio que ocurre en el material hereditario y permite la vida del organismo se denomina mutación, por lo tanto los cambios que experimentan tanto plantas como animales a través del tiempo se denomina evolución.
NIVEL BIOQUÍMICO O MOLECULAR DE LOS SERES VIVOS
Composición química.
Todos los seres vivos al igual que la materia inerte están constituidos por los mismos elementos químicos.
De los 92 elementos químicos naturales, aproximadamente en los seres vivos se encuentran 40, y para su estructura y normal funcionamiento son fundamentales 11 elementos que son indispensables para la composición celular se denominan bioelementos o elementos biogenésicos que están agrupados en macronutrientes o elementos fundamentales que se encuentran en cantidades considerables y representan el 99.9% y son las siguientes: oxígeno (O), carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N), calcio (Ca), fósforo (P), potasio (K), sodio (Na), azufre (S), cloro (Cl), magnesio (Mg).
De estos 11 elementos son considerados como elementos primarios u organógenos: C, H, O, N, P, S.
Los micronutrientes, elementos traza o vestigiales constituyen el 0.1%. Son los 29 elementos restantes y los cuales son necesarios en cantidades muy pequeñas, entre las que podemos mencionar: manganeso (Mn), hierro (Fe), cobalto (Co), cobre (Cu), zinc (Zn), boro (B), aluminio (Al), vanadio (V), molibdeno (Mo), yodo (I), silicio (Si), níquel (Ni), cromo (Cr), flúor (F) y selenio (Se) entre otros.
Algunos de los elementos constituyen moléculas desde las más simples hasta las más complejas, incluso macromoléculas. Otros cumplen la función de cofactores enzimáticos.
Composición molecular de los seres vivos.
- Agua 75-85%
- Proteínas 10-20%
- Lípidos 2-3 %
- Carbohidratos 1 %
- Sustancias minerales y otros 1 %
El agua.
El componente molecular más abundante en la constitución de los seres vivos. Esta compuesta por 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno, los cuales forman una estructura en la que existe un ángulo de 105ª.
Es la única molécula que se disocia y se ioniza dando lugar a los electrolitos H e hidroxilo, estos a su vez al juntarse pasan a formar el agua, además presenta naturaleza bipolar lo cual se debe a la distribución asimétrica de las cargas eléctricas. El oxígeno es electrón negativo con dos cargas, a la que corresponde una carga (+) del hidróxido y por ser dipolo es disolvente universal y también le permite formar enlaces débiles cuando las moléculas de agua se acercan mediante puentes de H.
También es polar lo que le confiere ser disociante e ionizante de los compuestos inorgánicos que están formados por enlaces iónicos, quienes en mayor o menor grado se disocian para dar lugar a los electrolitos.
El agua líquida que está formada por muchas moléculas unidas por puentes de H, tiene tensión superficial, la cual está determinada por la resistencia que ofrece la superficie del agua.
Puentes de Hidrógeno.- Son enlaces débiles que consisten en atracciones electrostáticas que se establece cuando el extremo (+) de una molécula de agua se acerca al extremo (-) de otra molécula de agua.
Cuando mayores serán los puentes de H, más estable será la estructura tridimensional.
Formas de agua en la célula.
Del 100% de agua que contiene la célula, el 95% es agua libre y se halla constituyendo una solución coloidal, porque en ella están dispersas las proteínas. La célula utiliza el agua como medio solvente. También como medio dispersante, porque en ella están dispersas moléculas y macromoléculas y también actúa como medio donde se realizan las diferentes reacciones biológicas.
El 5% restante es el agua ligada que entra a formar parte de la estructura tridimensional de las proteínas y ácidos nucléicos mediante puentes de hidrógeno y otras fuerzas como la llamada de Van der Waals.
Propiedades y funciones.
1. Propiedad física química del agua.- Viene a ser la conversión del agua líquida en vapor de agua, por lo tanto consiste en la cantidad de calor que utiliza el agua líquida para pasar a la forma de vapor.
1 g de H2O líquida a la temperatura de 37 ªC utiliza 575 calorías.
1 g de H2O líquida a la temperatura de 100 ºC utiliza 539 calorías.
Mediante esta propiedad se mantiene constante la temperatura corporal, por lo tanto cumple la función de ser termorreguladora.
2. Calor específico.- Es la cantidad de calor que utiliza el agua para aumentar en
1 ªC la temperatura.
El calor específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado.
3. Hidrólisis.- Participa en la descomposición de moléculas orgánicas complejas y también de compuestos inorgánicos.
Por ejemplo: el almidón es ionizado hasta maltosa y éste en unidades de glucosa; las proteínas son hidrolizados en aminoácidos, los triglicéridos en 3 moléculas de ácidos grasos y en alcohol, también los ácidos nucléicos en nucleótidos.
En los sistemas biológicos estas reacciones de hidrólisis son aceleradas por las enzimas.
En los compuestos inorgánicos una molécula de agua, con fórmula HOH, reacciona con una molécula de una sustancia AB, en la que A y B representan átomos o grupos de átomos. En la reacción, la molécula de agua se descompone en los fragmentos H+ y OH-, y la molécula AB se descompone en A+ y B-. A continuación, estos fragmentos se unen proporcionando los productos finales AOH y HB. A este tipo de reacción se le conoce a menudo como doble descomposición o intercambio. De interés especial es la hidrólisis de diversas sales que origina disoluciones ácidas o básicas.
4. Medio solvente.- Es disolvente universal por ser polar, y por un dipolo al mismo tiempo es disociante e ionizante, dando lugar a los electrólitos.
El proceso de ionización es la formación de moléculas o átomos con carga eléctrica. Los átomos son eléctricamente neutros ya que los electrones con carga negativa son iguales en número a los protones de carga positiva en los núcleos. Al combinarse sodio con cloro, para formar cloruro de sodio, cada átomo de sodio cede un electrón a un átomo de cloro, dando como resultado un ión sodio con carga positiva y un ión cloro con carga negativa. En un cristal de cloruro de sodio la fuerte atracción electrostática entre iones de cargas opuestas mantiene firmemente los iones en su sitio, estableciéndose un enlace iónico.
5. Medio lubricante.- El agua se encuentra protegiendo la superficie de los órganos, de este modo evita que lleguen a friccionarse durante su funcionamiento. Por ejemplo: el líquido sinovial que protege las superficies articulares, el líquido céfalo raquídeo que se halla entre las membranas de la meninge que protegen el sistema nervioso central, los pulmones son protegidos por el líquido que se encuentra en la membrana pleural.
6. Reactante.- Participan en las reacciones enzimáticas de los procesos metabólicos.
7. Transporte.- Los fluidos extracelulares como la sangre, la savia de las plantas, la linfa y la hemolinfa tienen como componente más abundante el agua, que contiene todo lo que el organismo ha incorporado, los desechos eliminados por la célula o los productos sintetizados que son transportados por todos los tejidos del organismo, de donde las células toman lo requerido de acuerdo a sus necesidades para formar sus productos.
Contenido de agua en los organismos vivos.
El agua que contienen los organismos vivos no sólo proviene de los que incorpora, sino también de la oxidación de moléculas orgánicas, por ejemplo:
- La oxidación de 1 g de grasa libera 1,1 ml de agua.
- La oxidación de 1 g de carbohidrato libera 0,6 ml de agua.
- La oxidación de 1 g de proteína libera 0,3 ml de agua.
El contenido de agua varía según los diferentes tipos de organismos:
- Las medusas contienen 99% de agua.
- La ameba y el paramecio contiene 90% de agua.
- El hombre contiene 65 % de agua.
También varía de acuerdo a los tejidos:
- En el tejido sanguíneo hay 90% de agua.
- En el tejido muscular hay 75% de agua.
- En el tejido óseo hay de 15 a 20% de agua.
Ejemplos de algunos órganos:
- El encéfalo contiene 80% de agua.
- Los dientes contienen entre 15 a 20% de agua.
En el caso de las semillas: 5% de agua.
En el hombre según la edad:
- El embrión contiene de 87 a 90% de agua.
- El lactante contiene 80% de agua.
- El adulto llega a tener un 65% de agua.
El pH
pH, término que indica la concentración de iones hidrógeno en una disolución. Se trata de una medida de la acidez de la disolución. El término (del francés pouvoir hydrogène, 'poder del hidrógeno') se define como el logaritmo de la concentración de iones hidrógeno, H+, cambiado de signo:
pH = -log [H+]
donde [H+] es la concentración de iones hidrógeno en moles por litro. Debido a que los iones H+ se asocian con las moléculas de agua para formar iones hidronio, H3O+, el pH también se expresa a menudo en términos de concentración de iones hidronio.
En agua pura a 25 °C de temperatura, existen cantidades iguales de iones H3O+ y de iones hidróxido (OH-); la concentración de cada uno es 10-7 moles/litro. Por lo tanto, el pH del agua pura es -log (10-7), que equivale a 7. Sin embargo, al añadirle un ácido al agua, se forma un exceso de iones H3O+; en consecuencia, su concentración puede variar entre 10-6 y 10-1 moles/litro, dependiendo de la fuerza y de la cantidad de ácido. Así, las disoluciones ácidas tienen un pH que varía desde 6 (ácido débil) hasta 1 (ácido fuerte). En cambio, una disolución básica tiene una concentración baja de iones H3O+ y un exceso de iones OH-, y el pH varía desde 8 (base débil) hasta 14 (base fuerte).
El pH de una disolución puede medirse mediante una valoración, que consiste en la neutralización del ácido (o base) con una cantidad determinada de base (o ácido) de concentración conocida, en presencia de un indicador (un compuesto cuyo color varía con el pH). También se puede determinar midiendo el potencial eléctrico que se origina en ciertos electrodos especiales sumergidos en la disolución.
Escala de pH: soluciones comunes
El pH de una disolución es una medida de la concentración de iones hidrógeno. Una pequeña variación en el pH significa un importante cambio en la concentración de los iones hidrógeno. Por ejemplo, la concentración
H+ OH- pH
10-0 10-14 0
10-1 10-13 1
10-2 10-12 2
10-3 10-11 3
10-4 10-10 4
10-5 10-9 5
10-6 10-8 6
10-7 10-7 7 Neutro
10-8 10-6 8
10-9 10-5 9
10-10 10-4 10
10-11 10-3 11
10-12 10-2 12
10-13 10-1 13
10-14 10-0 14
El agua es una molécula anfotérica que se comporta como ácido y como base por el hidroxilo.
H2O H+ + OH-
La mayor concentración de de iones H y menor concentración de iones hidroxilo determinan pH ácido, y cuando aumenta la concentración de iones OH el pH es alcalino. Por lo tanto el grado de acidez o alcalinidad de las soluciones o sustancias está determinada por la concentración de iones H y se define pH como el logaritmo negativo de la concentración de iones H+ .
La escala que se utiliza para medir el pH es la de Sorensen, la cual va de 0 a 14, donde los valores menores a 7 tiene el pH ácido, y los valores superiores a 7 tienen pH alcalino. Por ejemplo: la sangre tiene un pH de 7,4 (ligeramente alcalina) porque el ella se encuentra el compuesto bicarbonato de sodio.
El pH de los líquidos corporales depende de la función que va a desempeñar y tiene mucha importancia para las macromoléculas biológicas como las proteínas y ácidos nucleicos, porque cambios del pH alterarían su estructura. Por ejemplo: la acción catalítica de las enzimas es totalmente dependiente del pH.
Sistemas amortiguadores, buffers o tampones.
El pH se mantiene dentro de ciertos límites en nuestro organismo. Sí la sangre hiciera su viraje hacia un medio ácido, las reacciones en las células se detendrían y como consecuencia el equilibrio funcional del organismo quedaría alterado; y para que no ocurra esto todos los organismos poseen sistemas amortiguadores llamados buffers que evitan que el pH normal de una sustancia cambie. Entre los sistemas amortiguadores se tiene:
• Sistema bicarbonato.- Resulta de la combinación de un ácido débil que es el ácido carbónico y otro débil del mismo ácido que es el bicarbonato de sodio. El ácido carbónico se disocia débilmente y da lugar a los iones H y bicarbonato, al cual se adiciona una base fuerte (hidróxido de calcio) que al disociarse queda como ión hidroxilo e ión sodio, los iones hidroxilo pasan a formar la molécula de agua. Sí existe exceso de iones hidroxilo el organismo los elimina para mantener el pH.
H2CO3 H + HCO -3
NaOH OH + Na+
BIOLOGÍA GENERAL
1. Sistema viviente.- Seres vivos; características.- Teorías sobre el origen de la vida.
Conceptos básicos:
• Vida: Conceptos filosóficos.
o Según Lamarck: Conjunto de movimientos orgánicos de los cuerpos que lo poseen.
o Según Vichat: Conjunto de fenómenos que se oponen a la muerte.
o Según Spencer: Es la continua adaptación entre las condiciones internas y externas entre el organismo y el medio que les rodea.
• Ciencia: Del latin “scienta”, conjunto de conceptos que fueron adquiridos a través de la experiencia.
• Biología: Proviene de dos voces griegas (bios = vida y logos = estudio o tratado). Es la ciencia que estudia , describe y analiza a los seres vivos, tomando en cuenta su composición química, las características de su estructura, su funcionamiento, los mecanismos que le dieron origen, los cambios que experimentan a través del tiempo (evolución) y las relaciones que existen con el medio les rodea, los cuales pueden ser inter o intraespecífica.
La biología es una ciencia amplia que comprende varias ramas como la biología general, que estudia las características generales de los organismos.
La taxonomía que toma en cuenta las semejanzas y diferencias de los organismos para luego clasificarlos.
La biología comprende diversas ramas de la naturaleza como la botánica, la zoología, la microbiología, la genética, la citología, histología, anatomía, fisiología, embriología, parasitología, paleontología, ecología, etología, etc.
La biología aplicada comprende a la zootecnia, la veterinaria, medicina, agronomía, enfermería, etc.
• Subdivisiones de la biología:
Siempre ha sido difícil determinar los límites de la biología, y al tiempo que el campo de acción de esta ciencia ha variado, sus áreas de estudio se han modificado y reorganizado. En la actualidad, se subdivide en materias jerarquizadas basadas en la molécula, la célula, el organismo y la población.
La biología molecular, que comprende la biofísica y la bioquímica, ha constituido una gran aportación a la biología moderna. Actualmente, los conocimientos sobre la estructura y función de los ácidos nucleicos y proteínas, moléculas claves de toda la materia viva, son amplios. El avance más importante para la ciencia moderna fue el descubrimiento de los mecanismos de la herencia. Otro gran progreso de la biología molecular ha sido el avance en las investigaciones acerca del metabolismo celular, es decir, de cómo las moléculas procesan la energía necesaria para la vida.
La biología celular está estrechamente ligada a la biología molecular. Para comprender las funciones de la célula, unidad estructural básica de la materia viva, los biólogos celulares estudian sus componentes a nivel molecular. En 1838, el botánico alemán Matthias Schleiden propuso que la célula constituía la unidad estructural común de los seres vivos. Un año más tarde, el también alemán Theodor Schwann hizo extensiva esta teoría celular a los animales, sentando las bases que marcarían el desarrollo de la citología y la histología.
La biología de los organismos se relaciona con la biología celular, ya que las funciones vitales de los organismos multicelulares están gobernadas por las acciones e interacciones de sus componentes celulares. Su estudio abarca el crecimiento y desarrollo (biología del desarrollo) y su funcionamiento (fisiología). Las investigaciones sobre el cerebro y el sistema nervioso (neurofisiología) y sobre el comportamiento animal (etología) son especialmente importantes.
En la década de 1970, la biología de poblaciones se consolidó como la subdivisión principal de los estudios biológicos. En este campo, el eje central es el estudio de la evolución, en la que destacan las contribuciones de Charles Darwin. La genética, es decir, el estudio de las variaciones genéticas en las poblaciones, y la ecología, o estudio de poblaciones en sus hábitats naturales, se convirtieron en materias de estudio a partir de la década de 1930. En estrecha relación con estas ciencias se hallan las investigaciones sobre el comportamiento animal que se centran en la contribución de la genética a las relaciones sociales entre poblaciones animales (sociobiología).
La biología también incluye el estudio de los humanos en el ámbito molecular, celular y de organismos. Si su objetivo es la aplicación de los conocimientos biológicos a la salud, el estudio se denomina biomedicina. Las poblaciones humanas no se consideran dentro del campo de estudio de la biología, sino que son el objetivo de la antropología y de otras ciencias sociales. Los límites y las subdivisiones de la biología son tan variables hoy en día como lo han sido siempre, y cabe esperar aún más modificaciones.
MÉTODO CIENTÍFICO
Consiste en examinar un fenómeno en condiciones determinadas, con el fin de descubrir las causas que la producen y las leyes a las que están sometidas. Entre los pasos del método científico se tiene:
1. Observación: Consiste en conocer las características que presenta el fenómeno, para ello se necesita utilizar los órganos de los sentidos. Ejemplo: mediante la vista se conoce el aspecto, forma, color, etc.; mediante el tacto la textura; mediante el oído las vibraciones; mediante el olfato los olores y mediante el gusto los sabores. Para ampliar las características del fenómeno se pueden utilizar algunos instrumentos como el microscopio y lentes.
La observación no sólo es cualitativa sino también cuantitativa, para ello se utiliza diferentes equipos y materiales como la balanza, el barómetro y el termómetro entre otros.
La observación debe ser la más completa posible, minuciosa, detallada y metódica con el fin de no omitir ningún detallada.
El observador debe presentar ciertos requisitos básicos como curiosidad, paciencia, interés, experiencia, etc.
2. Hipótesis: Es una explicación anticipada que se hace al fenómeno observado.
El investigador, para plantear la hipótesis debe tener preparación científica y experiencia. La hipótesis es la que va a orientar la experimentación.
3. Experimentación: Consiste en reproducir artificialmente el fenómeno observado en condiciones determinadas con la finalidad de alcanzar la explicación de la misma.
El experimentador debe tener experiencia, preparación científica, conocimiento de las técnicas a utilizar, destreza en el manejo del instrumental.
4. Comparación y generalización: Las conclusiones a las que se ha arribado se comparan con otras ya existentes, observando las semejanzas y diferencias. Confirmada la hipótesis mediante la experimentación, éste tiene carácter de ley, lo que representa la enunciación de un hecho que se tiene como verdad.
LOS SERES VIVOS
Los seres vivientes son sistemas bastante organizados, muy complejos y autocontrolados, en cuya construcción se necesita carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), Azufre (S), fósforo (P).
- C, H, O forman los lípidos.
- C, H, O, N forman las proteínas
Estos elementos constituyen moléculas desde las más simples hasta las más complejas, las cuales al asociarse forman estructuras como las membranas celulares que tienen la capacidad de intercambiar materia y energía con el medio ambiente que les rodea.
Tanto los seres vivos como los minerales están formados por los mismos elementos químicos y en ambos ocurren reacciones químicas; en el caso de los seres vivos catalizados por enzimas y en el inerte por catalizadores inorgánicos.
Los seres vivos se diferencias del inerte por las siguientes características:
1. Nivel de organización
Todo organismo presenta un alto grado de organización específica, los átomos que forman parte de su composición química se agrupan para constituir las moléculas. La asociación de las moléculas, cumpliendo cada uno su función específica constituyen la unidad vital que es la célula. Para el caso de los organismos pluricelulares las células se diferencian para constituir tejidos (nivel tisular), estos dan lugar a los órganos, los cuales al agruparse constituyen sistemas y el conjunto de sistemas viene a constituir los seres vivos.
2. Metabolismo
Son todas las reacciones químicas y cambios energéticos que ocurren en el interior de las células que son responsables del crecimiento, mantenimiento, reparación, reproducción y otras actividades. El metabolismo implica formación o ruptura de los enlaces químicos, dichos enlaces constituyen un potencial de energía que mantiene unidos a los átomos que van a formar las moléculas. Comprende dos procesos:
a) Anabolismo.- Proceso de biosíntesis que consiste en la formación de moléculas complejas a partir de simples, con almacenamiento de energía, por ejemplo: en la síntesis de glucosa a partir de CO2 y H2O, la energía proviene del sol captada por los pigmentos de la clorofila y convertir la energía luminosa en energía química contenido en la glucosa.
b) Catabolismo.- Proceso degradativo o de descomposición. Las moléculas complejas se destruyen por rompimiento de sus enlaces con liberación de energía. En este caso la energía liberada es progresiva y es utilizada directamente por la célula. A partir de estas se forma la molécula de ATP considerada como la molécula universal de energía que le permite ejecutar trabajo, por lo tanto durante la degradación una fracción de energía liberada es cinética que ejecuta trabajo y la otra es calorífica. Por ejemplo; la degradación de la glucosa en CO2 y H2O, las proteínas en urea y agua, los aminoácidos sobre todo las bases púricas en ácido úrico y agua.
3. Excresión
Consiste en la eliminación de los desechos que provienen del metabolismo celular, como el agua, el anhídrido carbónico, urea y ácido úrico. Mediante la excresión se mantiene constante el equilibrio del medio interno o sea la homeostasis; también contribuye en este equilibrio el sistema nervioso y las hormonas.
En los organismos unicelulares la excresión es muy simple, los desechos son llevados hacia el medio exterior en forma directa, en cambio en los organismos pluricelulares es más complejo, los desechos son expulsados hacia el fluido extracelular como son la sangre, la hemolinfa, la savia. En aquellos organismos que poseen órganos especializados como riñones, pulmones y piel (glándulas sudoríparas), los desechos son tomados por las células de estos órganos y llevados hacia el medio exterior.
4. Crecimiento
Es el aumento de tamaño del organismo, en este proceso ocurren el mayor porcentaje de reacciones anabólicas. En los organismos unicelulares el crecimiento se debe al incremento de tamaño de la única célula que lo constituye, dicho crecimiento se debe a la duplicación de las moléculas; en cambio en los organismos pluricelulares el crecimiento está determinado por el incremento del número de células. En los animales, el crecimiento es limitado, sólo crece hasta alcanzar la estatura de la raza a la que corresponde, en cambio en las plantas, sobre todo en los árboles y arbustos, el crecimiento es continúo.
5. Movimiento
La mayoría de los organismos animales realizan movimientos de locomoción, algunos son sedentarios como los corales, las ostras y las medusas; estos para capturar las partículas alimenticias mueven los cilios, flagelos o tentáculos y que el agua se acerque con mayor rapidez.
Las plantas son estacionarias, pero realizan movimientos de curvatura y de orientación.
6. Irritabilidad
Consiste en la capacidad de responder a la acción de un estímulo, los organismos unicelulares pueden acercarse hacia las partículas alimenticias o alejarse de su medio cuando éste le amenaza. En los organismos superiores la capacidad de respuesta está coordinada por el sistema nervioso y las hormonas.
• Estímulo.- Agente externo de naturaleza física o química que al actuar sobre las células de un órgano, es capaz de provocar una reacción o respuesta. Son de naturaleza física: la luz, la gravedad, el contacto, la temperatura, etc. Son químicos: las sustancias alimenticias que estimulan a las glándulas para que secreten jugos digestivos.
• Respuestas o reacciones.- Estos pueden ser positivos (+) cuando se acercan al estímulo y negativo (-) cuando se alejan. Se puede mencionar las siguientes reacciones:
o Tropismos.- Movimiento de orientación que realizan los órganos de las plantas, por ejemplo: el tallo presenta fototropismo (+) y geotropismo (-); la raíz geotropismo (+) y fototropismo (-).
o Taxismo.- Movimiento de locomoción que realizan ciertos organismos: fototaxismo (orientados por la luz), quimiotaxismo (orientado por los alimentos), termotaxismo (temperatura), haptotaxismo o tignotaxismo (tacto), geotaxismo (gravedad).
o Nastías.- Respuestas que realizan algunos foliolos de la hoja y los verticilos florales, ésta respuesta se caracteriza por el cierre y apertura de dichos órganos. Por ejemplo los foliolos de la planta sensitiva al contacto con un objeto extraño se cierra.
7. Reproducción
Conduce a la perpetuación de la especie, por lo tanto de la vida, mediante este proceso se transmite material genético previamente duplicado a los descendientes.
o Reproducción asexual.- En la que participa un solo progenitor, dando lugar a uno o más descendientes que llevan la misma carga genética del progenitor, puesto que no participan las células especializadas o gametos, por lo tanto son idénticas entre ellas mismas así como con el progenitor.
La división celular (mitosis) constituye la reproducción asexual donde la célula madre da lugar a 2 células hijas con la misma carga genética.
o Reproducción sexual.- Se realiza mediante la meiosis, que es la formación de gametos por la recombinación de material genético, cada gameto lleva distinta carga genética. En la fecundación o fertilización participan 2 progenitores masculino y femenino, la célula resultante de la fertilización llamada cigoto o huevo contiene diferente carga genética, a partir de este ovocito fecundado por divisiones celulares sucesivas y gracias a la diferenciación celular llega a constituir al nuevo individuo de la especie.
Desarrollo y diferenciación.- El cigoto fecundado después de duplicar el material genético lleva a cabo la primera segmentación dando lugar a 2 células embrionarias denominada blastómeros; éstas en una segunda segmentación dan lugar a 4, luego a 8 y así sucesivamente. El cigoto llamado embrión sufre cambios estructurales y a nivel bioquímico para llegar a constituir al nuevo individuo, estos cambios se deben a la activación de las unidades de la herencia que constituyen instrucciones hereditarias llamados genes, que actúan en parejas por lo tanto son homólogos y deben ocupar el mismo locus, también en cromosomas homólogos.
Durante el desarrollo embrionario las células se diferencian gracias a la activación de los genes que tienen lugar en diferentes tiempos y distintos sitios, dicha activación permite que cada célula al diferenciarse se especializan para desempeñar una función determinada y pasa a constituir distintas líneas celulares, y mediante el proceso de organogénesis dan lugar a un nuevo individuo.
Los organismos obtenidos mediante la clonación no resultan de una reproducción sexual, sino de la asexual donde el núcleo de una célula somática se coloca en el citoplasma del ovocito.
8. Adaptación
Los organismos animales y vegetales experimentan cambios que pueden ser morfológicos y fisiológicos, o de hábitos de comportamiento que les permite aprovechar los recursos que la naturaleza ofrece, de modo que aumenta la posibilidad de sobrevivir. La adaptación puede ser temporal y también permanente. Por ejemplo: los animales con adaptación acuática (peces, corales). En el caso de las plantas su adaptación es hidrófila, algunos órganos necesitan abundante humedad.
- Lugares secos = xerófitos (plantas)
mesófilo (animales)
Todo cambio que ocurre en el material hereditario y permite la vida del organismo se denomina mutación, por lo tanto los cambios que experimentan tanto plantas como animales a través del tiempo se denomina evolución.
NIVEL BIOQUÍMICO O MOLECULAR DE LOS SERES VIVOS
Composición química.
Todos los seres vivos al igual que la materia inerte están constituidos por los mismos elementos químicos.
De los 92 elementos químicos naturales, aproximadamente en los seres vivos se encuentran 40, y para su estructura y normal funcionamiento son fundamentales 11 elementos que son indispensables para la composición celular se denominan bioelementos o elementos biogenésicos que están agrupados en macronutrientes o elementos fundamentales que se encuentran en cantidades considerables y representan el 99.9% y son las siguientes: oxígeno (O), carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N), calcio (Ca), fósforo (P), potasio (K), sodio (Na), azufre (S), cloro (Cl), magnesio (Mg).
De estos 11 elementos son considerados como elementos primarios u organógenos: C, H, O, N, P, S.
Los micronutrientes, elementos traza o vestigiales constituyen el 0.1%. Son los 29 elementos restantes y los cuales son necesarios en cantidades muy pequeñas, entre las que podemos mencionar: manganeso (Mn), hierro (Fe), cobalto (Co), cobre (Cu), zinc (Zn), boro (B), aluminio (Al), vanadio (V), molibdeno (Mo), yodo (I), silicio (Si), níquel (Ni), cromo (Cr), flúor (F) y selenio (Se) entre otros.
Algunos de los elementos constituyen moléculas desde las más simples hasta las más complejas, incluso macromoléculas. Otros cumplen la función de cofactores enzimáticos.
Composición molecular de los seres vivos.
- Agua 75-85%
- Proteínas 10-20%
- Lípidos 2-3 %
- Carbohidratos 1 %
- Sustancias minerales y otros 1 %
El agua.
El componente molecular más abundante en la constitución de los seres vivos. Esta compuesta por 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno, los cuales forman una estructura en la que existe un ángulo de 105ª.
Es la única molécula que se disocia y se ioniza dando lugar a los electrolitos H e hidroxilo, estos a su vez al juntarse pasan a formar el agua, además presenta naturaleza bipolar lo cual se debe a la distribución asimétrica de las cargas eléctricas. El oxígeno es electrón negativo con dos cargas, a la que corresponde una carga (+) del hidróxido y por ser dipolo es disolvente universal y también le permite formar enlaces débiles cuando las moléculas de agua se acercan mediante puentes de H.
También es polar lo que le confiere ser disociante e ionizante de los compuestos inorgánicos que están formados por enlaces iónicos, quienes en mayor o menor grado se disocian para dar lugar a los electrolitos.
El agua líquida que está formada por muchas moléculas unidas por puentes de H, tiene tensión superficial, la cual está determinada por la resistencia que ofrece la superficie del agua.
Puentes de Hidrógeno.- Son enlaces débiles que consisten en atracciones electrostáticas que se establece cuando el extremo (+) de una molécula de agua se acerca al extremo (-) de otra molécula de agua.
Cuando mayores serán los puentes de H, más estable será la estructura tridimensional.
Formas de agua en la célula.
Del 100% de agua que contiene la célula, el 95% es agua libre y se halla constituyendo una solución coloidal, porque en ella están dispersas las proteínas. La célula utiliza el agua como medio solvente. También como medio dispersante, porque en ella están dispersas moléculas y macromoléculas y también actúa como medio donde se realizan las diferentes reacciones biológicas.
El 5% restante es el agua ligada que entra a formar parte de la estructura tridimensional de las proteínas y ácidos nucléicos mediante puentes de hidrógeno y otras fuerzas como la llamada de Van der Waals.
Propiedades y funciones.
1. Propiedad física química del agua.- Viene a ser la conversión del agua líquida en vapor de agua, por lo tanto consiste en la cantidad de calor que utiliza el agua líquida para pasar a la forma de vapor.
1 g de H2O líquida a la temperatura de 37 ªC utiliza 575 calorías.
1 g de H2O líquida a la temperatura de 100 ºC utiliza 539 calorías.
Mediante esta propiedad se mantiene constante la temperatura corporal, por lo tanto cumple la función de ser termorreguladora.
2. Calor específico.- Es la cantidad de calor que utiliza el agua para aumentar en
1 ªC la temperatura.
El calor específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado.
3. Hidrólisis.- Participa en la descomposición de moléculas orgánicas complejas y también de compuestos inorgánicos.
Por ejemplo: el almidón es ionizado hasta maltosa y éste en unidades de glucosa; las proteínas son hidrolizados en aminoácidos, los triglicéridos en 3 moléculas de ácidos grasos y en alcohol, también los ácidos nucléicos en nucleótidos.
En los sistemas biológicos estas reacciones de hidrólisis son aceleradas por las enzimas.
En los compuestos inorgánicos una molécula de agua, con fórmula HOH, reacciona con una molécula de una sustancia AB, en la que A y B representan átomos o grupos de átomos. En la reacción, la molécula de agua se descompone en los fragmentos H+ y OH-, y la molécula AB se descompone en A+ y B-. A continuación, estos fragmentos se unen proporcionando los productos finales AOH y HB. A este tipo de reacción se le conoce a menudo como doble descomposición o intercambio. De interés especial es la hidrólisis de diversas sales que origina disoluciones ácidas o básicas.
4. Medio solvente.- Es disolvente universal por ser polar, y por un dipolo al mismo tiempo es disociante e ionizante, dando lugar a los electrólitos.
El proceso de ionización es la formación de moléculas o átomos con carga eléctrica. Los átomos son eléctricamente neutros ya que los electrones con carga negativa son iguales en número a los protones de carga positiva en los núcleos. Al combinarse sodio con cloro, para formar cloruro de sodio, cada átomo de sodio cede un electrón a un átomo de cloro, dando como resultado un ión sodio con carga positiva y un ión cloro con carga negativa. En un cristal de cloruro de sodio la fuerte atracción electrostática entre iones de cargas opuestas mantiene firmemente los iones en su sitio, estableciéndose un enlace iónico.
5. Medio lubricante.- El agua se encuentra protegiendo la superficie de los órganos, de este modo evita que lleguen a friccionarse durante su funcionamiento. Por ejemplo: el líquido sinovial que protege las superficies articulares, el líquido céfalo raquídeo que se halla entre las membranas de la meninge que protegen el sistema nervioso central, los pulmones son protegidos por el líquido que se encuentra en la membrana pleural.
6. Reactante.- Participan en las reacciones enzimáticas de los procesos metabólicos.
7. Transporte.- Los fluidos extracelulares como la sangre, la savia de las plantas, la linfa y la hemolinfa tienen como componente más abundante el agua, que contiene todo lo que el organismo ha incorporado, los desechos eliminados por la célula o los productos sintetizados que son transportados por todos los tejidos del organismo, de donde las células toman lo requerido de acuerdo a sus necesidades para formar sus productos.
Contenido de agua en los organismos vivos.
El agua que contienen los organismos vivos no sólo proviene de los que incorpora, sino también de la oxidación de moléculas orgánicas, por ejemplo:
- La oxidación de 1 g de grasa libera 1,1 ml de agua.
- La oxidación de 1 g de carbohidrato libera 0,6 ml de agua.
- La oxidación de 1 g de proteína libera 0,3 ml de agua.
El contenido de agua varía según los diferentes tipos de organismos:
- Las medusas contienen 99% de agua.
- La ameba y el paramecio contiene 90% de agua.
- El hombre contiene 65 % de agua.
También varía de acuerdo a los tejidos:
- En el tejido sanguíneo hay 90% de agua.
- En el tejido muscular hay 75% de agua.
- En el tejido óseo hay de 15 a 20% de agua.
Ejemplos de algunos órganos:
- El encéfalo contiene 80% de agua.
- Los dientes contienen entre 15 a 20% de agua.
En el caso de las semillas: 5% de agua.
En el hombre según la edad:
- El embrión contiene de 87 a 90% de agua.
- El lactante contiene 80% de agua.
- El adulto llega a tener un 65% de agua.
El pH
pH, término que indica la concentración de iones hidrógeno en una disolución. Se trata de una medida de la acidez de la disolución. El término (del francés pouvoir hydrogène, 'poder del hidrógeno') se define como el logaritmo de la concentración de iones hidrógeno, H+, cambiado de signo:
pH = -log [H+]
donde [H+] es la concentración de iones hidrógeno en moles por litro. Debido a que los iones H+ se asocian con las moléculas de agua para formar iones hidronio, H3O+, el pH también se expresa a menudo en términos de concentración de iones hidronio.
En agua pura a 25 °C de temperatura, existen cantidades iguales de iones H3O+ y de iones hidróxido (OH-); la concentración de cada uno es 10-7 moles/litro. Por lo tanto, el pH del agua pura es -log (10-7), que equivale a 7. Sin embargo, al añadirle un ácido al agua, se forma un exceso de iones H3O+; en consecuencia, su concentración puede variar entre 10-6 y 10-1 moles/litro, dependiendo de la fuerza y de la cantidad de ácido. Así, las disoluciones ácidas tienen un pH que varía desde 6 (ácido débil) hasta 1 (ácido fuerte). En cambio, una disolución básica tiene una concentración baja de iones H3O+ y un exceso de iones OH-, y el pH varía desde 8 (base débil) hasta 14 (base fuerte).
El pH de una disolución puede medirse mediante una valoración, que consiste en la neutralización del ácido (o base) con una cantidad determinada de base (o ácido) de concentración conocida, en presencia de un indicador (un compuesto cuyo color varía con el pH). También se puede determinar midiendo el potencial eléctrico que se origina en ciertos electrodos especiales sumergidos en la disolución.
Escala de pH: soluciones comunes
El pH de una disolución es una medida de la concentración de iones hidrógeno. Una pequeña variación en el pH significa un importante cambio en la concentración de los iones hidrógeno. Por ejemplo, la concentración
H+ OH- pH
10-0 10-14 0
10-1 10-13 1
10-2 10-12 2
10-3 10-11 3
10-4 10-10 4
10-5 10-9 5
10-6 10-8 6
10-7 10-7 7 Neutro
10-8 10-6 8
10-9 10-5 9
10-10 10-4 10
10-11 10-3 11
10-12 10-2 12
10-13 10-1 13
10-14 10-0 14
El agua es una molécula anfotérica que se comporta como ácido y como base por el hidroxilo.
H2O H+ + OH-
La mayor concentración de de iones H y menor concentración de iones hidroxilo determinan pH ácido, y cuando aumenta la concentración de iones OH el pH es alcalino. Por lo tanto el grado de acidez o alcalinidad de las soluciones o sustancias está determinada por la concentración de iones H y se define pH como el logaritmo negativo de la concentración de iones H+ .
La escala que se utiliza para medir el pH es la de Sorensen, la cual va de 0 a 14, donde los valores menores a 7 tiene el pH ácido, y los valores superiores a 7 tienen pH alcalino. Por ejemplo: la sangre tiene un pH de 7,4 (ligeramente alcalina) porque el ella se encuentra el compuesto bicarbonato de sodio.
El pH de los líquidos corporales depende de la función que va a desempeñar y tiene mucha importancia para las macromoléculas biológicas como las proteínas y ácidos nucleicos, porque cambios del pH alterarían su estructura. Por ejemplo: la acción catalítica de las enzimas es totalmente dependiente del pH.
Sistemas amortiguadores, buffers o tampones.
El pH se mantiene dentro de ciertos límites en nuestro organismo. Sí la sangre hiciera su viraje hacia un medio ácido, las reacciones en las células se detendrían y como consecuencia el equilibrio funcional del organismo quedaría alterado; y para que no ocurra esto todos los organismos poseen sistemas amortiguadores llamados buffers que evitan que el pH normal de una sustancia cambie. Entre los sistemas amortiguadores se tiene:
• Sistema bicarbonato.- Resulta de la combinación de un ácido débil que es el ácido carbónico y otro débil del mismo ácido que es el bicarbonato de sodio. El ácido carbónico se disocia débilmente y da lugar a los iones H y bicarbonato, al cual se adiciona una base fuerte (hidróxido de calcio) que al disociarse queda como ión hidroxilo e ión sodio, los iones hidroxilo pasan a formar la molécula de agua. Sí existe exceso de iones hidroxilo el organismo los elimina para mantener el pH.
H2CO3 H + HCO -3
NaOH OH + Na+
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