1 bachillerato biología y geología · la construcción del conocimiento en los campos de la...

bachillerato1

Biología yGeología

Mariano García GregorioLenor Carrillo VigilJosep Furió EgeaMª Ángeles García Papí

EAXX5114_FRONTIS 21/5/08 14:30 Página 3

Biología y Geología

Villa de Madrid, 60 - 46988 - P. I. Fuente del Jarro - PATERNA (Valencia)Tels: 96 132 36 25 - 96 132 36 55 - Móvil: 677 431 115 - Fax: 96 132 36 05E-mail: [email protected] - http://www.ecir.com

bachillerato1

Reservados todos los dere-chos. Ni la totalidad, ni partede este libro puede ser re-producido o transmitido me-diante procedimientos elec-trónicos o mecanismos defotocopia, grabación, informa-ción o cualquier otro siste-ma, sin el permiso escrito deleditor.

©ES PROPIEDAD

Mariano García GregorioLeonor Carrillo VigilJosep Furió EgeaMª Ángeles García PapíEditorial ECIR, S.A.

Fotografía:Archivo ECIR / Istockphoto / Fotolia / Age Fotostock.

Diseño de interior:Diseño gráfico ECIR

Edición: Editorial ECIR

Impresión: Industrias gráficas Ecir (IGE)

Ilustraciones:Diseño gráfico ECIR / Alfandech.

Diseño e ilustración cubierta: Valverde e Iborra / Diseño gráfico ECIR

Depósito legal:V-2319-2008

I.S.B.N.: 978-84-9826-388-6


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nA los alumnos y a las alumnas:

La construcción del conocimiento en los campos de la Biología y la Geología, quehabéis de realizar durante este primer curso de Bachillerato, requiere esfuerzo yperseverancia, si bien tiene amplias compensaciones. Es conveniente por ello, quedispongáis de los mejores y más fiables instrumentos para llevar dicha tarea a buenfin.

El libro que tenéis en vuestras manos, puede ser uno de esos instrumentos. Dise-ñado y realizado a partir del marco de los más modernos contenidos aceptados porla comunidad científica, os permitirá trabajar de forma parecida a como lo hacen loscientíficos: analizando fenómenos naturales y situaciones problemáticas, plante-ando posibles respuestas y comprobando la validez de las mismas.

El libro del alumnado consta de tres bloques de contenidos desglosados en dieci-séis temas con una selección rigurosa y actualizada de contenidos. Acompañandoa este texto encontraréis:

• , que os plantearán problemas interesan-tes, basados en la materia objeto de estudio, que deberéis trabajar indivi-dualmente o en grupo, según el criterio de vuestros profesores.

• , de fuerte valor demostrativo.

• Lecturas sobre cuestiones históricas en las que la Ciencia y la Técnica sonprotagonistas.

Al final de cada tema hay tres secciones:

• Resumen gráfico y textual de los contenidos del tema.

• Actividades de autoevaluación con tres niveles de dificultad: elemental

, media y avanzada .

• Documentos largos, que tratan sobre las relaciones Ciencia- Técnica- Socie-dad y también sobre cuestiones científicas inusuales o poco conocidas.

El libro del alumno viene acompañado de un Cuaderno de Investigaciones y Téc-nicas, que comprende dos tipos de actividades:

1. Técnicas: actividades prácticas en las que se plantea el objetivo, el material y losmétodos para realizarlas y que tienen como finalidad familiarizarnos con el manejode los instrumentos y las técnicas de laboratorio, la recogida y clasificación de datosexperimentales y la elaboración de informes.

2. Investigaciones: plantea la búsqueda experimental de la solución a un problemacuyo diseño y realización –excepción hecha de algunas sugerencias– se os ofrecenenteramente a vosotros.

Hechas las aclaraciones, concluimos esta presentación con la confianza de que estelibro sea para vosotros un buen compañero y una ayuda eficaz y atractiva en estaetapa de vuestra formación científica y humana.

Experimentos cortos

Actividades de lápiz y papel


� Composición química de los seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

� Forma, tamaño y organización celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

� Células eucarióticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

� Estructuras de la célula eucariótica y sus funciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

� Organismos unicelulares y pluricelulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

� La diferenciación celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

11 ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS

22 TEJIDOS ANIMALES Y VEGETALES

33 LOS SERES VIVOS Y LA ENERGÍA

44 BIODIVERSIDAD Y CLASIFICACIÓN

I. Organización y clasificación de los seres vivos

� Tejidos animales: tipos y funciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

� El medio interno de los animales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

� Tejidos y órganos de las plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

� Intercambio de materia entre la célula y el medio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

� Introducción al metabolismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

� Enzimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

� Incorporación y gasto de energía en los seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

� Fotosíntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

� Respiración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

� Fermentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

� Categorías taxonómicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

� Reino Moneras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

� Reino Protoctistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

� Reino Hongos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

� Reino Plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

� Reino Animales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82


II. Biología de los animales y de las plantas

� Nutrición animal y función digestiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

� Especializaciones del aparato digestivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

� Funcionamiento del aparato digestivo en vertebrados . . . . . . . . . . . . . . . 99

� El itinerario de los nutrientes en el aparato digestivo . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

55 TRANSFORMACIÓN DE ALIMENTOS Y ABSORCIÓN DENUTRIENTES

� Transporte de nutrientes en animales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

� Sistemas circulatorios abiertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

� Sistemas circulatorios cerrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

� Transporte de nutrientes en plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

66 TRANSPORTE DE NUTRIENTES

� La respiración en animales: principios generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

� Sistemas respiratorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

� Intercambio de gases en las plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

� Características generales de la excreción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

� La excreción en los invertebrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

� La excreción en los vertebrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

� La excreción en las plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

77 INTERCAMBIO GASEOSO Y EXCRECIÓN

� Funciones de relación. La coordinación nerviosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

� Anatomía del sistema nervioso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

� Los receptores sensoriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

88 COORDINACIÓN NERVIOSA


� Sistema endocrino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

� Mecanismos de regulación de la secreción hormonal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

� Las neuroglándulas y las neurohormonas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

� Hormonas de las plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

99 COORDINACIÓN HORMONAL

� Naturaleza del proceso reproductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

� La reproducción celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

� Tipos de reproducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

� La meiosis y los ciclos vitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

� La reproducción sexual en los animales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

� Los gametos y su formación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

� La fecundación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

� El desarrollo en los animales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

� La reproducción asexual en los animales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

� La clonación en los animales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

1100 LA REPRODUCCIÓN EN LOS ANIMALES

� Las ciencias geológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

� La Tierra y el cosmos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

� Investigando la inaccesible geosfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

� Principales capas y discontinuidades terrestres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

� Otros métodos para completar nuestra imagen del interior . . . . . . . . . . . . 218

� Las nuevas tecnologías y el conocimiento de la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

1122 ESTRUCTURA Y DINÁMICA INTERNA DE LA TIERRA

III. Geología

� La reproducción sexual en las plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

� El ciclo vital de los musgos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

� El ciclo vital de los helechos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

� La reproducción en las plantas con semillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

� El desarrollo en las plantas con semillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

� La reproducción asexual en las plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

1111 LA REPRODUCCIÓN EN LAS PLANTAS


� ¿Cristal, roca o mineral? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

� Formación de los minerales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

� Clasificación mineral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

� Tipos de rocas y su dinámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

� Utilidad de los minerales y las rocas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

1133 NATURALEZA, PROPIEDADES Y USOS DE LAMATERIA

� El tiempo geológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

� Aprender a leer en las rocas: principios de interpretación . . . . . . . . . . . . . . 304

� Datación por cronología absoluta: relojes radioactivos . . . . . . . . . . . . . . . 307

� El gran geocalendario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

� Grandes hitos en la historia terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

� Relaciones de la humanidad con los procesos geológicos . . . . . . . . . . . . . . 314

� Los humanos como agentes geológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

1166 HISTORIA DE LA TIERRA Y RIESGOS GEOLÓGICOS

� Procesos geológicos internos: principales teorías explicativas . . . . . . . . . . 248

� Tipos de límites o bordes y estructuras asociadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

� Fenómenos intraplaca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

� Las deformaciones de la corteza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

� Sismicidad y tectónica de placas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

� Magmatismo y tectónica de placas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

� Metamorfismo y tectónica de placas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

1144 PROCESOS GEOLÓGICOS DE ORIGEN INTERNO

� El modelado del relieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

� Procesos estáticos. Meteorización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

� Formación y origen del suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

� Dinámica de los agentes geológicos externos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

� Influencia de las rocas en el relieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

� El sistema litoral y costero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

� Formación de rocas sedimentarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

� Clasificación de las rocas sedimentarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

1155 PROCESOS GEOLÓGICOS EXTERNOS


ORGANIZACIÓN DE LOSSERES VIVOS11

Tema 01 20/5/08 17:07 Página 10

11

22

33

44

55

66

Composición química de los seres vivos

Forma, tamaño y organización celular

Células eucariotas

Estructuras de la célula eucariótica y sus funciones

Organismos unicelulares y pluricelulares

La diferenciación celular

Estamos hechos de polvo de estrellas. Todos los elemen-tos químicos de la Tierra, excepto el hidrógeno y algo dehelio, se formaron hace miles de millones de años en estre-llas ya extinguidas, cuyos restos permanecen en nuestragalaxia, la Vía Láctea.

El nitrógeno de nuestras proteínas, el fósforo de nuestroDNA, el calcio de nuestros huesos, el hierro de nuestra san-gre y el carbono de nuestros alimentos se formaron en elinterior de grandes estrellas que en la última etapa de suvida lanzaron estos elementos al espacio tras una granexplosión final. De esta forma los elementos químicos pasa-ron a formar parte del gas interestelar, donde fueron reco-gidos por una siguiente generación de estrellas y planetas,como nuestro Sistema Solar.

Los seres vivos estamos formados por elementos quími-cos que se encuentran también en nuestro planeta; estoselementos se agrupan formando moléculas, algunas de lascuales poseen propiedades muy diferentes a las de lasmoléculas inorgánicas. La diferencia entre los sistemas vivosy los no vivos se encuentra en su grado de organización.

El primer nivel de organización en el que aparecen todaslas características de los seres vivos es la célula.

Resumen

Actividades

Documentos

Embriones híbridos de humano y animal

Las vitaminas y otros nutrientes esenciales

Tema 01 20/5/08 17:07 Página 11

Tema 1 Organización de los seres vivos12

Tradicionalmente se ha diferenciado a los seres vivosde los seres inertes porque son capaces de realizar loque se ha dado en llamar funciones vitales: nutrición,relación y reproducción.

Por las funciones de nutrición y relación, los organis-mos son capaces de autoconservarse, es decir, de mante-nerse vivos.

Y por la función de reproducción, los seres vivos soncapaces de producir otros seres semejantes a sí mismos.

Durante mucho tiempo se pensó que los seres vivoseran capaces de realizar las funciones vitales porquetenían una “fuerza vital” especial y misteriosa que losdiferenciaba de los objetos inanimados.

Cuando dominaba este pensamiento (vitalismo), secreía que las moléculas de la materia viva no se ajusta-ban a las mismas leyes naturales que las moléculas quecomponen la materia inerte. Hoy sabemos que las molé-culas que forman parte de los seres vivos se rigen segúnlo establecido por las leyes de la Física y de la Química,es decir, la materia viva no es algo diferente de la mate-ria inerte, simplemente presenta un mayor grado deorganización que se pone de manifiesto en la formaciónde células. Estas estructuras por sí mismas son capacesde realizar las funciones vitales.

Por todo lo dicho, antes de estudiar la estructura yfuncionamiento de los seres vivos, conviene conocer lasprincipales características de los compuestos que los for-man.

�� BioelementosDe los más de 90 elementos químicos presentes en la

naturaleza únicamente unos 30 son esenciales para losseres vivos. Estos elementos químicos que forman parte delos seres vivos se denominan bioelementos (fig. 1.1 y 1.2).

Los bioelementos principales son el carbono, hidró-geno, oxígeno y nitrógeno; ellos solos constituyen másdel 95 % de la masa de la materia viva (fig. 1.2). Estoselementos son los más abundantes por sus propiedadesfísico-químicas, que les permiten formar las grandes ycomplejas moléculas que caracterizan a los seres vivos.

Los bioelementos secundarios son el fósforo, azufre,calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro, que en conjun-to constituyen el 4,5 % de la masa de la materia viva.

Algunos bioelementos, denominados oligoelementos,se encuentran en los seres vivos en muy pequeña concen-tración (en conjunto representan menos del 0.5 % de lamateria viva), pero son indispensables para las funcionesvitales. Como ejemplo podemos citar: hierro (necesariopara la respiración celular), magnesio (necesario para lafotosíntesis), iodo (componente de la hormona tiroidea),cobre y zinc (que catalizan muchas reacciones químicas).

Fig. 1.1. Tabla periódica de los elementos en la que se han resaltado los biolementos.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DELOS SERES VIVOS1

Los elementos marcados encolor verde, llamados oligoele-mentos, representan algo menosdel 0,5% de la materia prima.

Los elementos marcados encolor rojo (bioelementos princi-pales) constituyen algo más del95% de la materia viva.

Los elementos marcadosen color naranja(bioelementos secundarios)forman alrededor del 4%de la materia viva.

Tema 01 20/5/08 17:07 Página 12

I. Organización y clasificación de los seres vivos 13

�� BiomoléculasLos bioelementos se agrupan formando moléculas

más o menos grandes, denominadas biomoléculas, quese clasifican en:

– Inorgánicas: agua y sales minerales.

– Orgánicas: hidratos de carbono, lípidos, proteínas yácidos nucleicos.

Algunas biomoléculas orgánicas, como las proteínas,los ácidos nucleicos y algunos hidratos de carbono sonmuy grandes y se denominan macromoléculas.

�� AguaEl agua es el compuesto más abundante de los seres

vivos. Por término medio, puede decirse que el 70 % desu cuerpo está formado por agua. Dicho porcentajedepende del tipo de organismo, de su edad y sobre todode la actividad biológica de sus células. Así, los tejidoscon mucha actividad vital, como el nervioso, tienen másagua (85 %), mientras que los esqueletos y las estructu-ras en vida latente (como las semillas) tienen bastantemenos agua (tabla 1).

Las propiedades del agua son consecuencia de suestructura molecular (fig. 1.3):

El agua es un disolvente casi universal gracias a lapolaridad de sus moléculas. En su seno se realizan lamayor parte de las reacciones químicas que tienen lugaren las células y también actúa como medio de transpor-te de las sustancias disueltas de un lugar a otro del orga-nismo (por ejemplo, el transporte por la sangre o por lasavia).

La fuerte atracción que existe entre las moléculas deagua explica su elevada capacidad calorífica, pues hayque suministrar mucho calor para que las moléculas lle-guen a separarse entre sí (paso al estado gaseoso), poreso, el agua amortigua los cambios bruscos de tempera-tura en los organismos.

Fig. 1.2. Composición química de la materia viva.

Seres vivos

Tabla I. Contenido en agua en diferentes seres vivos y dife-rentes órganos del cuerpo humano.

MedusaHongosInsectoSer humanoAlfalfaLíquenes

%

959072657555

Órganos

CerebroMúsculosHígadoCartílagosHuesosDientes

%

857570552210

Fig.1.3.Estructura dipolar de la molécula de agua y enlaces por puentesde hidrógeno entre dichas moléculas.

a) ¿Por qué algunos bioelementos reciben el nombre de oli-goelementos? Cita ejemplos de los mismos e indica sufunción.

b) En el ser humano, el contenido en agua varía desde un94% en el feto de tres meses hasta un 60% en un indivi-duo de unos 80 años. ¿Qué conclusión puedes sacar deestos datos?

c) Explica cómo actúa el agua como medio de transporte de sus-tancias (nutritivas o de desecho) en los animales y en las plan-tas?

Actividades

Los puentes de hidrógenoestán contínuamenteformándose y rompiéndose

Tema 01 20/5/08 17:07 Página 13

�� Sales mineralesLas sales minerales se pueden encontrar en los seres

vivos precipitadas o disueltas.

Las sales minerales precipitadas tienen una funciónesquelética o de sostén, como es el caso del carbonatocálcico (en las conchas de los moluscos) y el fosfato cál-cico (en los huesos de los vertebrados) (fig. 1.4).

Las sales minerales disueltas están en forma deiones, como por ejemplo: Cl–, Na+, K+ y Ca2+. Los ionesestán implicados en la entrada o salida de agua de lascélulas. También intervienen en muchas reacciones quí-micas y en procesos fisiológicos tales como la transmi-sión del impulso nervioso, la contracción muscular, etc.

Las sales minerales de la materia viva pueden obte-nerse en el laboratorio por incineración de aquella(fig.1.5).


Fig.1. 4. Tres ejemplos de la función esquelética del carbo-nato cálcico, que forma o endurece los huesos y caparazonesde: a) coral rojo, b) crustáceo, c) esqueleto de una musaraña.

a

b c

Fig.1.5. Incineración de semillas. En los tubos 1 y 2 las judíasse deshidratan. En el tubo 3 las sustancias orgánicas se han car-bonizado. En el tubo 4 el carbono ha desaparecido oxidado aCO2 y solo quedan las sales minerales en forma de cenizas.

Compuestos orgánicosLos compuestos orgánicos están formados princi-

palmente por carbono e hidrógeno, que pueden combi-narse en largas cadenas formando moléculas muygrandes. Cuando solamente contienen estos dos ele-

mentos, se llaman hidrocarburos, que constituyen los principalescomponentes del petróleo.

Otros compuestos orgánicos presentan diferentes grupos quími-cos unidos a los átomos de carbono, como el grupo hidroxilo (-OH),formado por un átomo de oxígeno y uno de hidrógeno, o el grupocarbonilo (C=O), formado por un átomo de oxígeno unido al carbo-no por un doble enlace. Los alcoholes son compuestos con gruposhidroxilos; los aldehídos son compuestos con grupo carbonilo en elextremo de la molécula, y las cetonas son compuestos con grupocarbonilo en medio de la molécula:

CH3 – CH2 – CH2OH : alcohol (propanol)

CH3 - CH2 – CHO : aldehído (propanol)

CH3 – CO – CH3 : cetona (propanona)

Muchos compuestos orgánicos cuyas moléculas contienenmuchos átomos, se forman en realidad por la unión de unas molé-culas más pequeñas iguales o parecidas entre sí. A la molécula quese repite se le llama monómero, y a la molécula grande formada porunión de monómeros se le llama polímero.

En el caso de los glúcidos, los polisacáridos son polímeros for-mados por numerosas moléculas de monosacáridos, que constitui-rán los monómeros.

Más adelante consideraremos otros polímeros, como las proteí-nas, formadas por la unión de muchos aminoácidos, o los ácidosnucleicos, formados por la unión de muchos nucleótidos.

El vapor deagua se con-densa en lasparedes másfrías del tubo.

Las cenizasestán formadaspor sales mine-rales

1 2 3 4

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�� GlúcidosLos glúcidos son biomoléculas orgánicas formadas por

carbono, hidrógeno y oxígeno, cuya fórmula empíricageneral es Cm(H2O)n, razón por la que también se llamanhidratos de carbono, pero este último nombre no respon-de en realidad a su naturaleza química, sino que se tratade compuestos orgánicos con numerosos grupos alcohol yalgún grupo aldehído o cetona (ver en el documentoadjunto el significado de estos términos). Desempeñan enlos seres vivos funciones energéticas (proporcionan ener-gía al organismo) o estructurales (forman parte de estruc-turas celulares).

Los glúcidos más sencillos se llaman monosacáridos;por ser solubles en agua y de sabor dulce se llaman tam-bién azúcares; algunos son abundantes en la naturaleza,como la glucosa y la fructosa. Su principal función esenergética (casi todas las células utilizan la glucosa como

su principal fuente de energía). En disolución acuosa, sue-len adoptar estructuras cíclicas, por lo que normalmentese representan como se observa en la figura 1.6.

Los glúcidos resultantes de la unión de dos monosacá-ridos se denominan disacáridos; son también azúcares,como por ejemplo, la sacarosa que es el azúcar de caña ode remolacha, la lactosa que es el azúcar de la leche y lamaltosa que es azúcar de malta (fig. 1.6).

Cuando se unen muchos monosacáridos, los glúcidosresultantes se llaman polisacáridos. Éstos ya no son dulcesni solubles en agua. Los polisacáridos más importantesestán formados por muchas moléculas de glucosa, queforman largas cadenas lineales o ramificadas. Entre ellosestán: el almidón (principal reserva alimenticia de lasplantas), el glucógeno (reserva alimenticia de los anima-les) y la celulosa (principal componente de la pared de lascélulas vegetales) (fig. 1.6).

Fig. 1.6. Estructura de un monosacárido (glucosa), de un disacárido (maltosa) y de un polisacárido(glucógeno)

CH

CH

C HHO

CH OH

CH OH

CH OH

H

OH

O

C

CH

OH

C

H

H OH

C

HHO

C

H

OH

O

CH2OH1

2

3

4

5

6

1

23

4

5

6

1

23

4

56

C

CH

OH

C

H

H OH

C

HHO

C

H O

CH2OH

1

23

4

5

6

C

CH

OH

C

H

H OH

C

HO

C

H

OH

O

CH2OH

1

23

4

5

6

MaltosaGlucosa Glucosa

Maltosa(disacárido)

Glucógeno(polisacárido)

Glucosa (fórmula lineal) Glucosa (fórmula cíclica) Glucosa (modelo molecular)

a) ¿Qué partes del cuerpo de un perro son muy ricas en sales minerales? ¿De qué sales se trata? ¿Qué función desempeñandichas sales? Propón un experimento sencillo para demostrar la presencia de sales minerales en dichas estructuras del cuerpode un perro.

b) ¿Por qué a los glúcidos se les denomina también hidratos de carbono?

c) Cita ejemplos de los distintos grupos de glúcidos e indica su función.

d) ¿Qué diferencias hay entre el glucógeno y el almidón?

Actividades

La maltosa seforma por uniónde dos molécu-las de glucosa

El glucógenoconsta demuchas molécu-las de glucosa

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�� LípidosLos lípidos están formados por carbono, hidrógeno y

oxígeno, aunque la cantidad de oxígeno es muchomenor que en los glúcidos. Son un grupo de biomolécu-las caracterizados por ser insolubles en agua, solublesen disolventes orgánicos (benceno, éter, cloroformo…)y muy poco densos.

Las funciones que desempeñan son principalmentede reserva energética y estructurales. Los lípidos másimportantes son: las grasas, los fosfolípidos y los isopre-noides.

Las grasas están formadas por la unión de glicerinay tres ácidos grasos (fig. 1.7). Por su baja densidad y suelevado valor energético (liberan por gramo más deldoble de energía que los glúcidos), las grasas son utili-zadas como reserva de energía en muchas semillas y enlos animales.

Los fosfolípidos son moléculas bipolares, con unextremo hidrófilo (soluble en agua) y otro hidrófobo(insoluble en agua). Por ello, estas moléculas son ade-cuadas para la formación de membranas, ya que en unmedio acuoso forman espontáneamente bicapas,enfrentando sus extremos hidrófobos y quedando encontacto con el agua sus extremos hidrófilos (fig. 1.8 y1.9).

Entre los isoprenoides podemos citar las vitaminasliposolubles (A, D, E y K) y ciertas hormonas, como laaldosterona y las hormonas sexuales.

Fig. 1.7. Estructura de una grasa. a) Fórmula; b) Modelomolecular.

Fig.1.8.Estructura de losfosfolípidos.

Fig. 1.9. Esquema tridimensional de una bicapa lipídica.

a) Indica qué sustancias de reserva utilizan principalmentelos siguientes seres vivos o partes de ellos: patata, ricino(semilla), foca, sardina, oso, arroz (semilla), nuez, avella-na, trigo (semilla), plátano, cerdo, judía (semilla), aceituna,ser humano y zanahoria.

b) En los animales, las grasas también proporcionan aisla-miento térmico y físico. Cita ejemplos que lo demuestren.

c) Comprueba las propiedades físicas de los lípidos median-te el diseño de experimentos sencillos.

Actividades

Los fosfolípidos sonmoléculas bipolares.Tienen una cabezapolar (hidrófila) ydos colas apolares(hidrófobas)

a

b

Molécula defosfolípido

Las moléculas de fosfolípidos sedisponen formando bicapas

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�� ProteínasLas proteínas son las biomoléculas más abundantes,

después del agua, en los seres vivos. Contienen carbono,hidrógeno, oxígeno y nitrógeno; también suelen conte-ner en menor proporción azufre.

Son macromoléculas (es decir, moléculas de grantamaño) formadas por la unión de muchas moléculas mássimples denominadas aminoácidos (es decir, son políme-ros) y poseen una estructura tridimensional característicay una función propia (fig.1.10).

Hay muchos aminoácidos diferentes, pero sólo vein-te de ellos forman parte de las proteínas de todos losseres vivos (fig. 1.11). El número de proteínas diferentesque se pueden formar a partir de los 20 aminoácidos esmuy grande. Las proteínas se diferencian unas de otrasporque cada una tiene un número y una secuencia deaminoácidos distinta.

La estructura tridimensional de una proteína es muyimportante; si cambia, la proteína puede perder tam-bién la capacidad de realizar su función y se dice enton-ces que se ha desnaturalizado. Las altas temperaturas ylos cambios de pH pueden cambiar la estructura de lasproteínas (fig. 1.11).

En una célula hay miles de proteínas diferentes ycada una de ellas está encargada de llevar a cabo unafunción concreta. Las principales funciones de las prote-ínas son: enzimática (facilitando las reacciones químicasque tienen lugar en los seres vivos), transportadora(como la hemoglobina que transporta oxígeno), con-tráctil (como la miosina de las células musculares), dedefensa (los anticuerpos), hormonal (como la insulina) yestructural (como la queratina que forma los pelos yuñas).

Fig.1.10.Estructura de los aminoácidos: fórmulas y modelo molecular.

Fig. 1.11. La cadena de aminoácidos que forma una proteína se encuentra enrollada y doblada adoptandouna estructura tridimensional de la cual depende su función.

La estructuraprimaria se refiereal orden en que seunen losaminoácidos

La estructurasecundaria serefiere a lashélices u otrasestructuras regula-res que formanalgunos fragmen-tos de la cadena

La estructura ter-ciaria es la formaque adopta en elespacio toda lacadena.

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�� Ácidos nucleicosLos ácidos nucleicos están formados por carbono,

hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Hay dos tiposde ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (DNA) yel ácido ribonucleico (RNA). Ambos DNA y RNA estánconstituidos por unidades denominadas nucleótidos quese unen formando largas cadenas. Es decir, también losácidos nucleicos son polímeros, y sus monómeros o pie-zas que se repiten son los nucleótidos

Los nucleótidos a su vez están formados por trescomponentes: un azúcar, ácido fosfórico y una basenitrogenada. Los tres componentes se unen en posicio-nes características (fig. 1.12). En el DNA el azúcar es ladesoxirribosa y en el RNA es la ribosa. La bases nitroge-nadas son cinco: adenina (A), guanina (G) y citosina (C)presentes en DNA y RNA; timina (T) exclusiva del DNA yuracilo (U) exclusiva del RNA. Las bases nitrogenadas soncompuestos cíclicos que contienen átomos de nitrógenoy presentan un comportamiento químico básico (esdecir, que pueden captar hidrogeniones).

Generalmente el RNA está formado por una cadenasencilla de nucleótidos, mientras que el DNA está formadopor una doble cadena de nucleótidos que se enfrentanpor sus bases nitrogenadas, colocándose siempre la A fren-te a la T y la C frente a la G. La doble cadena de DNA searrolla sobre sí misma en forma de doble hélice (fig. 1.12).

Funciones de los ácidos nucleicos

El DNA es el portador de la información genética ydicta las órdenes para que la célula elabore sus proteínas,siendo éstas últimas las que llevan a cabo las funcionescelulares. El RNA recibe las órdenes del DNA y las ejecuta;de ahí que el RNA se encargue de la síntesis de las prote-ínas. Se puede decir, que las proteínas y los ácidos nuclei-cos son los compuestos más importantes de la materiaviva.

Por otra parte, como el DNA contiene la informaciónnecesaria para realizar todas las funciones celulares, estainformación ha de transmitirse a las células hijas. Paraello, antes de que una célula se divida, el DNA se duplicay cada célula hija recibe una copia del mismo.

La duplicación del DNA se realiza de la siguienteforma: en primer lugar, se produce el desenrollamiento yla separación de las dos cadenas de la doble hélice queforman el DNA; a continuación, se van colocando los nue-vos nucleótidos enfrentándose a los de las cadenas preexis-tentes, de tal manera que frente a cada base nitrogenadase dispone su complementaria (A frente a T y C frente aG). Al final del proceso, se obtienen dos moléculas deDNA idénticas a la molécula inicial (fig. 1.13).

Fig. 1.12. Estructura del RNA y del DNA.La doble hélice del DNA.

El DNA está formado por dos cadenasenlazadas por los puentes de hidrógenoque se establecen entre A – T y G – C

� �

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� ��

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��

� �

��

La cadena de DNA adquiereen el espacio la forma deuna doble hélice.

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Se dice que la duplicación del DNA es semiconservativa,ya que cada molécula hija está formada por una cadena dela molécula madre, que actúa como molde, y una cadena denueva formación.

El proceso que aquí hemos descrito brevemente es muycomplejo, y precisa de la participación de numerosas proteí-nas de función catalizadora, conjunto que viene representa-do en la figura 1.13 como “complejo enzimático de duplica-ción”.

Fig. 1.13. Duplicación del DNA.

a) Explica por qué son muy importantes para los seres vivos las proteínas y los ácidos nucleicos.

b) La molécula de DNA se suele representar como una escalera de caracol. Indica qué parte de dicha molécula está representadapor los peldaños y que parte por los pasamanos de la escalera.

c) Sabemos que la secuencia de bases nitrogenadas de una cadena de la doble hélice del DNA es la siguiente: GCTATGACTC-GATT. Escribe las bases de la otra cadena.

d) Señala las semajanzas y diferencias entre el DNA y el RNA.

e) Representa las dos nuevas moléculas de DNA que se formarán tras la duplicación del siguiente fragmento de la doble hélice del DNA

ACTTGCGAC

TGAACGCTG

f) Indica los pasos principales del proceso de duplicación del DNA.

Actividades

Las moléculashijas del DNA con-tienen una hebrade la moléculamadre y otra denueva formación.

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La teoría celular establece que la célula es la unidadestructural y funcional de los seres vivos y que todacélula procede de otra preexistente. Así, aunque losseres vivos presentan formas y tamaños muy variados,todos están formados por células. La célula es la estruc-tura más simple que realiza todas las funciones propiasde un ser vivo.

A la teoría celular se llegó gracias a una serie dedescubrimientos científicos que han ido ligados a lamejora de la calidad de los microscopios.

En 1665, el inglés Robert Hooke, examinando almicroscopio una laminilla de corcho, observó que esta-ba formada por pequeñas cavidades poliédricas a lasque denominó células, que significa celdillas. Por estacircunstancia se viene considerando a Hooke como eldescubridor de la célula (fig. 2.1).

Pero hasta que no se dispuso de buenos microsco-pios ópticos, a principios del siglo XIX, no se descubrióque todos los seres vivos, tanto animales como vegeta-les, están formados por células. Este principio es el quedesarrolla la Teoría Celular que se atribuye al botánicoSchleiden (1838) y al zoólogo Schwann (1839).

En 1858, Virchow completó la teoría celular con sucélebre principio “omnis cellula e cellula”, es decir,toda célula proviene de otra célula.

�� Forma y tamaño de las célulasPor su tamaño, las células son muy variadas, pues las

hay de milésimas de milímetro de diámetro y las hayvisibles a simple vista, como los huevos de las aves; peropor regla general, las células tienen tamaños microscó-picos: la mayoría tienen un diámetro comprendidoentre 0.5 y 50 µm (fig.2.2).

La forma de las células esta relacionada con la funciónque éstas desempeñan. Así, las neuronas tienen largas yfinas prolongaciones que les permiten transmitir impulsosen muchas direcciones y a grandes distancias. Los esper-matozoides tienen una larga cola que les permite despla-zarse. Las células epiteliales (como las de los túbulos rena-les) y muchas células vegetales que se disponen en capasson poliédricas o prismáticas. En general las células queflotan libremente en un líquido tienen forma aproxima-damente esférica, como los leucocitos, mientras que en elcaso de los hematíes o eritrocitos, interesa que la célulatenga mucha superficie para intercambiar oxígeno, por loque presentan forma de disco (figs. 2.3 y 2.4).

FORMA, TAMAÑO Y ORGANIZACIÓNCELULAR2

Fig. 2.1. Dibujorealizado por R.Hooke, en 1665de células de cor-cho vistas con elmicroscopio queaparece en la parteinferior.

μ

μ

μ

μ

Fig. 2.2. Tamaños celulares

Fig. 2.3.Micrografíaelectrónica debarrido en laque se aprecianhematíes y unleucocito.

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�� Tipos de organización celularEntre los seres vivos existen dos tipos de organiza-

ción celular:

• Procariótica: Organización típica de las células másprimitivas. Su principal característica es la de poseerel material genético disperso por el citoplasma, sinestar rodeado de una membrana, es decir, están des-provistas de núcleo. Asimismo carecen de la mayoríade los orgánulos celulares. Los procariotas son orga-nismos unicelulares, tales como las bacterias y las cia-nobacterias (fig. 2.5).

• Eucariótica: Estas células son mucho mayores ymucho más complejas que las procariotas. Su mate-rial genético está dentro de un núcleo, rodeado poruna membrana nuclear. También poseen variosorgánulos limitados por membrana que dividen alcitoplasma en compartimentos. Es propia de losorganismos pluricelulares y de muchos unicelulares.

Fig. 2.4. Diferentes tipos de células (no representadas a lamisma escala).

Célula nerviosa

Fig. 2.5. Estructura de una célula procariótica.

Actividades

a) ¿Crees que la presencia en un tubo de ensayo de todas las moléculas que componen una célula, nos daría como resultado unacélula? Razona la respuesta.

b) Dos organismos de tan distinto tamaño como una lombriz de tierra y un elefante, ¿se diferencian por el tamaño de sus células opor el número de las mismas?

c) La figura 2.4 es una pequeña muestra de la diversidad de formas que existe entre diferentes tipos de células. ¿Cuáles puedenser las ventajas de esta diversidad de formas en los organismos pluricelulares?

La forma de los diferentestipos de células responde a lasfunciones que desempeñan enlos seres vivos.

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Se pueden distinguir dos tipos de células eucarióticas :las animales y las vegetales (fig. 3.1). En ellas podemosdistinguir tres partes fundamentales: membrana, cito-plasma y núcleo.

a) La membrana plasmática es una capa continua querodea a la célula y le confiere su individualidad al separar-

la de su entorno. Las células vegetales tienen una gruesapared de celulosa que cubre y protege a la membranaplasmática.

b) El citoplasma es la parte de la celula que está com-prendida entre la membrana plasmática y la membrananuclear. Está formado por un medio acuoso, el citosol, enel cual se encuentran inmersos un gran número de orgá-nulos y una gran variedad de filamentos proteicos, estosfilamentos constituyen el citoesqueleto.

Fig. 3.1. Células eucarióticas animal y vegetal.

CÉLULAS EUCARIÓTICAS3

Aunque comparten orgánulos yfunciones, la célula animal esuna estructura mucho másdinámica que la célula vegetal

Sólo en células vegetales

Sólo en células animales

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En el citoplasma se encuentran los siguientes orgánu-los: ribosomas, retículo endoplasmático, complejo deGolgi, lisosomas, vacuolas, mitocondrias, cloroplastos ycentriolos.

c) El núcleo organiza y dirige las funciones celulares.Está rodeado por una doble membrana y en su interiorse encuentra un medio acuoso, o jugo nuclear, en cuyoseno se encuentran inmersas las moléculas de DNAjunto con otras de proteínas y RNA.

Mientras las células no se están dividiendo, las molé-culas de DNA se hallan dispersas por el jugo nuclearconstituyendo un entramado fibrilar denominado cro-matina. Cuando se inicia la división, la cromatina setransforma y las moléculas de DNA aparecen en estruc-turas independientes en forma de filamentos cortos ygruesos, los cromosomas. Cada cromosoma está forma-do por una molécula muy larga de DNA asociada a pro-teínas que le ayudan a empaquetarse y a mantener suestructura (fig. 3.2).

Antes de dividirse, la célula duplica su DNA. Por ello,cuando se observan los cromosomas al comienzo de ladivisión, cada uno está formado por dos moléculas her-manas, idénticas, de DNA, unidas por un punto llamadocentrómero; Cada molécula de DNA constituye una cro-mátida, de manera que, al principio de la división celu-lar, los cromosomas están constituidos por una parejade cromátidas hermanas (fig. 3.2).

�� Número de cromosomas de las célulasRespecto al número de cromosomas de las células,

podemos hacer las siguientes generalizaciones:

a) Las células de los organismos de la misma especietienen el mismo numero de cromosomas y éstos tienenun tamaño y una forma característicos.

b) Normalmente el número de cromosomas de lascélulas de los animales y vegetales es par, pues cadacélula tiene dos series de cromosomas; estas células sedenominan diploides y en ellas se pueden formar pare-jas de cromosomas de igual forma y tamaño, llamadoscromosomas homólogos. Las células que tienen unasola serie de cromosomas se denominan haploides. Elnúmero haploide de cromosomas se representa por n yel número diploide por 2n.

c) Muchos microorganismos y algunas algas y hongospresentan un número haploide de cromosomas en casitodas sus células. En cambio, en la mayor parte de los ani-males y vegetales, las únicas células haploides son losgametos. Así, en la especie humana las células del cuerpotienen un número diploide de cromosomas (2n = 46) y lascélulas reproductoras un número haploide (n = 23).

a) Observa la figura 2.5 que corresponde a una célula procarió-tica de tipo bacteriano y compárala con los modelos celularesde la figura 3.1:

- ¿Qué parte de la célula procariótica equivaldría al núcleo dela eucariótica?

- ¿Hay algún orgánulo del citoplasma de la célula eucarióticaque esté también presente en la célula procariótica?

- ¿Qué semejanzas y diferencias hay entre las membranasde los tres tipos celulares dibujados?

- ¿Hay algún tipo de célula eucariótica que tenga algunaestructura semjante al flagelo de la procariótica?

b) Enumera los orgánulos de la célula eucariótica que no estánpresentes en la célula procariótica.

c) ¿Qué ventajas supone para una célula eucariótica tener en elcitoplasma diferentes orgánulos?

d) ¿Qué papel desempeñan las proteínas de los cromosomas?

e) Explica la diferencia entre los conceptos de “cromátidas her-manas” y “cromosomas homólogos”.

f ) ¿Cuál es la procedencia de cada uno de los cromosomas queforman una pareja de homólogos?

g) ¿Es posible que dos especies diferentes de seres vivos ten-gan el mismo número de cromosomas? ¿podrían ser tambiéniguales en cuanto al tamaño y a la forma? Razónalo.

Actividades

Fig. 3.2. Estructura de un cromosoma.

El DNA solo secondensa en cro-mosomas durantela división celular.

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�� Membrana yorgánulos celulares

Membrana plasmática

Pared celular

Citoplasma

Ribosomas

Retículo endoplasmáti-co (RE)

Complejo de Golgi (AG)

Es una fina envoltura que rodea a lacélula. Está formada por una bicapade fosfolípidos en la que se encuen-tran diferentes proteínas, que puedenatravesar la bicapa o situarse en lasuperficie externa o interna de lamisma.

Es exclusiva de las células vegetales.Está formada por celulosa y es unagruesa cubierta situada sobre lasuperficie externa de la membranaplasmática.

Medio acuoso, situado entre la mem-brana plasmática y la nuclear, en elque están inmersos los orgánuloscelulares. Contiene fibras proteicasque actúan como un esqueleto celu-lar. También puede contener gotas degrasa o de otras sustancias insolubles.

Son pequeños orgánulos formadospor RNA y proteínas. Se puedenencontrar libres en el citosol o unidosa las membranas del retículo.

Está formado por una compleja redde membranas interconectadas queforman sáculos aplanados y túbulosque se extienden por todo el citoplas-ma. El RE puede ser: rugoso (poseeribosomas adosados a sus membra-nas) y liso (carece de ribosomas).

Está formado por un conjunto de cis-ternas aplanadas y apiladas de las quese desprenden pequeñas vesículascargadas de sustancias. Al AG lleganmoléculas procedentes del RE y aquíson modificadas, clasificadas e intro-ducidas en vesículas.

�� Función

Controla el intercambio de sustanciasentre la célula y el medio.Posee proteínas receptoras que transmi-ten señales desde el exterior al interiorde la célula

Protege y da forma a las células vegeta-les.A veces, la celulosa se impregna de otrassustancias y la pared se hace impermea-ble o aumenta su rigidez.

Contiene los órganulos celulares.En él se realizan numerosas reaccionesquímicas que contribuyen al manteni-miento de la célula al proporcionarenergía y fabricar sustancias que lascélulas necesitan.Puede almacenar sustancias de reserva.

Fabrican proteínas

Su función está relacionada con la sín-tesis y el transporte de lípidos y proteí-nas de muchos orgánulos, así como delas proteínas que son segregadas al exte-rior.

Secreción celular: consiste en que algu-nas vesículas producidas en el AG sefusionan con la membrana plasmática yvierten su contenido al exterior de lacélula, pues contienen sustancias quecumplen allí su función (como la saliva,el jugo pancreático…).Formación de orgánulos celulares, talescomo lisosomas y vacuolas.

fosfolípido

proteínas

Envoltura nuclear

(RE) Rugoso

Núcleo

(RE) Liso

vesículasde

transferencia

vesículas desecreción

ESTRUCTURAS DE LA CÉLULA EUCARIÓTICA Y SUS FUNCIONES4

�� Estructura y composición

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�� Membrana yorgánulos celulares

Lisosomas

Vacuolas

Mitocondrias

Cloroplastos

Centrosoma

Núcleo

Son vesículas que contienen enzimasdigestivas.

Características de las células vegetales.Son grandes vesículas que pueden llegara ocupar hasta el 90% del volumen celu-lar.

Son orgánulos energéticos presentes entodas las células eucarióticas. Estánrodeados por dos membranas: la externalisa y la interna muy plegada formandolas crestas. La cavidad interna se deno-mina matriz y está formada por unmedio acuoso que contiene muchasenzimas, DNA, RNA y ribosomas.

Son orgánulos energéticos exclusivos delas células vegetales. Están rodeados pordos membranas concentricas. El espaciointerno, llamado estroma, contiene unmedio acuoso con numerosas enzimas,DNA, RNA y ribosomas; también contie-ne una membrana muy plegada dondese localiza la clorofila.

Está formado por dos orgánulos cilíndri-cos llamados centriolos que están rodea-dos de una zona clara y densa de la queparten unos filamentos a modo deradios que forman el áster.Las células de los vegetales superiorescarecen de centriolos.

Está rodeado por una doble membranaque presenta poros que permiten lacomunicación entre el núcleo y el cito-plasma. En su interior destacan:– Nucleoplasma que es un líquido viscoso.– Nucléolo o pequeño corpúsculo.– Cromatina formada por el DNA y pro-teínas.

Se encargan de digerir sustanciasalimenticias y orgánulos celularesdañados.

Almacenan gran variedad de sustan-cias (nutritivas, productos de des-echo, pigmentos, etc.).

En ellas tiene lugar la respiracióncelular. Proceso que consiste en laoxidación de la materia orgánicapara obtener energía mediante lacual las células llevan a cabo todassus funciones celulares.

Son los orgánulos encargados de rea-lizar la fotosíntesis, proceso me-diante el cual la energía de la luz,absorbida por la clorofila, se utilizapara transformar la materia inorgá-nica en materia orgánica.

Los centriolos organizan el citoes-queleto y controlan la forma y elmovimiento de las células; ademásintervienen en la división celular.

Es el orgánulo director de la célulaya que contiene el DNA celular, o sea,la información genética para realizartodas las funciones celulares. Estambién responsable de la divisiónde la célula. En el nucléolo se fabri-can los ribosomas.

membrana externamembrana interna

crestasmatriz

D N A

membranaexternaDNA

estromagrana

membranainterna

microtúbuloscentriolos

materialpericentriolar

Vacuola

�� Estructura y composición �� Función

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26 Tema 1 Organización de los seres vivos26

Los organismos unicelulares están formados por unasola célula que realiza todas las funciones necesarias parala vida del organismo, como las de nutrición, relación yreproducción. Son ejemplos de seres unicelulares las bac-terias, las algas unicelulares y los protozoos (fig. 5.1).

En algunas especies unicelulares, las células puedenasociarse dando lugar a colonias que, en la mayoría delos casos, están formadas por células similares. Las colo-nias difieren de los organismos pluricelulares en que suscélulas conservan un alto grado de independencia, detal forma que si una célula se separa de la colonia puedevivir aislada. Algunas colonias, como Volvox, presentanya una diferenciación en la estructura y función de suscélulas (fig. 5.2)

Los pluricelulares son organismos formados por unconjunto de células originadas por la proliferación de unacélula inicial: la célula huevo o zigoto. En estos organis-mos, las células no son iguales (como en las colonias) sinoque se diferencian unas de otras y se especializan en larealización de una determinada función, es decir, se pro-duce una división del trabajo entre los distintos tipos decélulas. Así, en los animales hay células especializadas enla contracción (células musculares), en la secreción (célu-las glandulares), en la transmisión de impulsos (neuro-nas), etc., y en los vegetales hay células encargadas derealizar la fotosíntesis, otras de conducir la savia, etc.

La especialización de las células en la realización dedistintas funciones exige que éstas se coordinen y, paraello, aparecen los tejidos, los órganos y los aparatos o sis-temas (fig. 5.3).

ORGANISMOS UNICELULARES YPLURICELULARES5

Fig. 5.1. Seres unice-lulares: a) Bacterias delgénero Salmonella,productoras de la sal-monelosis; b) algas uni-celulares el tipo de lasdiatomeas; c) protozoodel tipo ameba.

Fig. 5.2. Coloniasdel alga unicelularVolvox.

Fig. 5.3. Los organismos pluricelulares tienen tejidos yórganos.

a b

c

Las células diferenciadasse asocian formando teji-dos y éstos se unen paraconstituir órganos.

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Las células de casi todos los organismos pluricelularesproceden de la división repetida de la célula huevo o zigo-to; dichas células poseen, por tanto, la misma informacióngenética y constituyen un clon.

Las primeras divisiones del cigoto dan lugar a célulasiguales entre sí que son totipotentes, ya que cada una deellas, por separado, puede dar lugar a un organismo com-pleto. Sin embargo, en fases muy tempranas del desarrolloembrionario las células del embrión comienzan a diferen-ciarse unas de otras, adquiriendo unas características mor-fológicas y químicas adecuadas a la realización de una fun-ción determinada.

El proceso por el cual las células se especializan se deno-mina diferenciación celular y supone la pérdida de la totipo-tencia embrionaria.

La especialización de una célula en una función concre-ta va en detrimento de sus otras funciones y supone, portanto, la pérdida de su independencia como organismo. Lascélulas una vez especializadas solo pueden vivir si se coordi-nan y colaboran con otros tipos de células, formando partede un organismo pluricelular.

En los animales superiores la primera diferenciación quese establece durante el desarrollo embrionario es entre lascélulas germinales que se van a encargar de la reproduccióny las restantes células del organismo, denominadas célulassomáticas (fig. 6.1 y 6.2).

En los vertebrados hay más de 200 tipos diferentes decélulas somáticas especializadas, algunas de las cuales seestudiarán en el tema siguiente. Estas células, que constitu-yen los distintos tejidos del animal adulto, han recorrido unlargo camino “sin retorno”, de modo que, a diferencia delas células de las primeras fases del embrión, han perdido lacapacidad de generar nuevos individuos y cada tipo se haespecializado en una función distinta (fig. 6.2).

Sin embargo, en medio de las células somáticas total-mente diferenciadas, se encuentran en muchos casos célu-las poco diferenciadas que mantienen la capacidad dereproducirse y de dar lugar a nuevas células somáticas, aun-que no a todos los tipos del organismo, sino a unos cuantostipos celulares, por lo que se llaman células pluripotentes, ytambién son conocidas como células madre de adulto, paradiferenciarlas de las células madre embrionarias, que pue-den ser totipotentes.

Las células madre de adulto son necesarias para el creci-miento del individuo y para la reparación de lesiones.

Las células germinales están muy especializadas y deellas depende la propagación de la especie. Dichas célulasson necesarias para la reproducción sexual y una vez dife-renciadas emigran hacia las gónadas en desarrollo (ovariosen las hembras y testículos en los machos) donde, tras unperíodo de proliferación, sufren la meiosis y se diferencianen gametos maduros, óvulos o espermatozoides (fig. 6.1).

LA DIFERENCIACIÓN CELULAR6

Fig. 6.1. Óvulo y espermatozoides de ratón.Fig. 6.2. Células somáticas del cuerpo humano:a) Sangre. b) Tejido epitelial.

a

b

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La organización de los seres vivosR

esu

men


La organización de los seres vivos

Los seres vivos estamos formados por elemen-tos químicos que se encuentran también en nues-tro planeta. Estos elementos se agrupan forman-do moléculas, algunas de las cuales poseen pro-piedades muy diferentes a las de las moléculas

inorgánicas. La diferencia entre los sistemas vivosy los no vivos es su grado de organización.

El primer nivel de organización en el que apa-recen todas las características de los seres vivos esla célula.

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¿Cuáles son los cuatro bioelementos principales?Explica porqué ellos solos constituyen más del 95 % dela masa de los seres vivos.

De todas las biomoléculas que has estudiado, señalalas que son polímeros e indica de qué monómero estánformadas.

Relaciona cada orgánulo con la función que desempeña:

Razona si son verdaderas o falsas las siguientes afirma-ciones:

– Las células procarióticas carecen de núcleo y portanto de información genética.

– Las células procarióticas siempre tienen membranaplasmática y ribosomas.

– Las células procarióticas carecen de membrananuclear.

– Las células procarióticas son propias de los animalesmás sencillos.

– Las células procarióticas son siempre inmóviles.– Las células procarióticas son más pequeñas que las

eucarióticas.

Rellena en tu cuaderno el siguiente cuadro comparati-vo entre las células animales y las vegetales, escribien-do “Sí” o “No”.

Observa el siguiente esquema de una célula e indica dequé tipo es y escribe los nombres de todos sus orgánu-los y estructuras.

¿Por qué se produce el rechazo de injertos y transplantes?Relaciona tu respuesta con lo aprendido sobre las propie-dades de las proteínas.

Define: haploide, diploide, cromosomas homólogos ycromátidas.

¿Cómo crees que será una célula con 9 cromosomas,haploide o diploide? ¿Y otra con 10 cromosomas? Citaejemplos de células haploides y diploides en el serhumano.

Los siguientes dibujos representan distintos tipos decélulas.

a) Indica si son haploides o diploides.b) ¿Cuántos cromosomas homólogos tiene cada una de

las células?c) ¿Cuántas cromátidas tienen los cromosomas de cada

una de las células?

¿Cómo se pueden formar millones de proteínas diferen-tes a partir únicamente de 20 aminoácidos distintos?Relaciona la respuesta con los conceptos estudiados depolímero y monómero.

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1


Activ

idad

es

a b

Orgánulo

membrana plasmáticaaparato de Golgiribosomascitoplasmamitocondriascloroplastoslisosomasvacuolasnúcleo

Función

reacciones químicassíntesis de proteínasfotosíntesisrespiraciónentrada de nutrientesdigestión intracelularalmacén de sustanciasdirige la célulasecreción de sustancias

a b

c d

Núcleo definidoPared celularCloroplastosVacuolasCentrosomaCilios o flagelosLisosomasMitocondriasRibosomasRetículo endoplasmáticoAparato de Golgi

Célula animal Célula vegetal

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La finalidad de estas investiga-ciones es obtener células madreembrionarias con las que investigartratamientos de enfermedadescomo la diabetes, el alzheimer o laslesiones medulares. No se persiguela clonación reproductiva, pues aparte de que los embriones se des-truyen a los 14 días de desarrollo, alser toda la célula (excepto delnúcleo) tomada de una vaca, elembrión no se podría implantar enuna mujer para acabar su desarro-llo, pues el cuerpo de la mujer lorechazaría, dado que algunas de lasproteínas que fabrica el embrión, noprocederán del DNA humano delnúcleo, sino del DNA de las mitocon-drias, que son aportadas por la vaca;ni tampoco se podría implantar enuna vaca, pues el núcleo humanoproduce proteínas humanas queprovocarían también el rechazo delembrión.

A primera vista, esta investiga-ción puede generar un rechazo porconsideraciones éticas, pues dehecho son pocos los países que per-miten la obtención de “quimeras”

híbridas entre humanos y animales.Sin embargo la técnica viene a sal-var los escollos éticos que rodean lastécnicas de clonación humana, puesno se parte de células reproductorashumanas: el óvulo es donado poruna vaca, no por una mujer, y nohay espermatozoide, sino que elnúcleo implantado procede de unacélula humana adulta. También enla legislación española se prohíbe laobtención de quimeras usando óvu-los o espermatozoides humanos,con lo que se obtendrían “verdade-ros híbridos”.

El esfuerzo de muchos científicospor evitar los inconvenientes éticosde la clonación humana, aunque seacon fines terapéuticos (pues siem-pre se crea un embrión humanopara ser después destruido) ha teni-do un evidente efecto colateral posi-tivo, pues ahí están las numerosaslíneas de investigación clínica (másde quinientas) en las que se usancélulas madre de adulto y no célulasembrionarias, (por ejemplo, enoctubre de 2007 la prensa se hacíaeco de los ensayos de un programa

conjunto de dos hospitales españo-les, en el cual se implantaban célu-las madre de músculo en el corazónpara regenerarlo, mediante catéter,es decir, sin necesidad de recurrir ala cirugía).

La noticia de la obtención de qui-meras que generen células embrio-narias para experimentos, puede iren esta línea de conseguir avancesevitando reparos éticos en la inves-tigación celular. De hecho, son yaampliamente aceptados los experi-mentos de implante de tejidoshumanos en animales o al revés.

Grupos de investigación del King’s College deLondres y de la Universidad de Newcastle(Reino Unido) han comenzado una línea deinvestigación para obtener células embriona-

rias transfiriendo un núcleo de célula humanaadulta en un óvulo de vaca. Esta era la noticiaque saltaba a la prensa el pasado mes de enerode 2008.


1. ¿Qué inconvenientes éticos teparece que tendría la obtenciónde híbridos de humanos y ani-males?

2. ¿Qué diferencias hay entre lascélulas madre embrionarias ylas células madre de adulto?

3. ¿Cómo se podrá evitar elrechazo cuando se trasplantena un paciente células parareparar un órgano dañado?

EEmmbbrriioonneess hhííbbrriiddooss ddee hhuummaannoo yy aanniimmaall

Cu

esti

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dad

A partir del culti-vo de célulasmadre se pue-den obtener teji-dos e inclusoórganos

Al extraer el núcleo, el óvulo pierde el 99%de su material genético. Sólo conserva elDNA de las mitocondrias (1%)

Tras 14 días dedivisión celular,se extraen lascélulas madredel blastocisto.

A la célula humana se le extrae el núcleo,que contiene el 99% de la informacióngenética, y se inserta en el óvulo de vaca

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Las vitaminas no pueden sersintetizadas por organismos ani-males, sino que han de ingerirlasen la dieta, procedentes de plan-tas o de microorganismos (bacte-rias y levaduras, principalmente).Generalmente, una alimentaciónvariada abastece todas las vitami-nas necesarias, pero hay que procu-rar que en la dieta se incluyanhabitualmente frutas o verdurasfrescas, pues algunas vitaminas,como la vitamina C (ácido ascórbi-co) o la B9 (ácido fólico), se destru-yen por el calor o la deshidratación.

Pero a parte de las vitaminas,existen otros nutrientes que tam-bién podemos llamar esencialesporque no pueden ser sintetizadospor los organismos animales y loshan de ingerir en la dieta, pues suausencia provocaría serios trastor-nos en el organismo; y no se inclu-yen en las vitaminas porque no sonreguladores, sino que forman parte

de la materia prima del organismo,necesarios para la construcción delos edificios celulares. Entre ellosdestacamos los ácidos grasos esen-ciales y los aminoácidos esenciales.

El conocimiento de la existenciade aminoácidos esenciales seremonta al menos a 1910, con losexperimentos de Knop y Embdenpor una parte, y de Rose por otra.En estos experimentos se alimenta-ban animales de laboratorio conmezclas de aminoácidos de compo-sición conocida, y con sus precurso-res inmediatos (cetoácidos, a losque las células del hígado añadenel correspondiente grupo amino).

El remedio para prevenir lostrastornos producidos por la ausen-cia de algún aminoácido esencialconsiste en la alimentación varia-da, como hemos comentado tam-bién para el caso de la vitaminas.En concreto, la mezcla de cerealesy legumbres en la alimentación,

garantiza el aporte de todos losaminoácidos esenciales. Por otraparte, no todas las especies de ani-males tienen los mismos requeri-mientos de aminoácidos, y en latabla adjunta se indican los aminá-cidos esenciales para la especiehumana.

El descubrimiento de los ácidosgrasos esenciales es más reciente,pues también es más complejo elmetabolismo de estos nutrientes,ya que en el hígado se da una con-tinua conversión de unos ácidosgrasos en otros según las necesida-des del organismo. La mayor partede los ácidos grasos esenciales soninsaturados (contienen algúndoble enlace en la cadena hidrocar-bonada), como los ácidos linoleico,linolénico y araquidónico. Por eso,además de por otras razones, resul-ta tan recomendable incluir en ladieta las principales fuentes de áci-dos grasos insaturados: aceite deoliva, aceites de semillas (girasol ysoja, por ejemplo) y pescado azul.

Las vitaminas son nutrientes reguladores, esdecir, actúan catalizando o favoreciendo procesosdel metabolismo. Están presentes siempre enpequeñas cantidades, y se pueden producir tras-

tornos tanto por un contenido escaso (hipovita-minosis) como por un contenido excesivo (hiper-vitaminosis) en el organismo.


LLaass vviittaammiinnaass yy oottrrooss nnuuttrriieenntteess eesseenncciiaalleess

rata con alimento completo

1 Con los datos que se suministranen el documentos, sugiere unmenú que contenga todas las vita-minas y demás nutrientes esen-ciales.

2 Busca información sobre algunostrastornos producidos por hipovi-taminosis y por hipervitaminosis.

3 ¿Piensas que los aminoácidosesenciales y los ácidos grasosesenciales han de estar presentesen el organismo en pequeñascantidades? Explícalo.

la misma rata, con alimentosin valina

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Histidina Fenilalanina Alanina GlutaminaIsoleucina Treonina Arginina GlicocolaLeucina Triptófano Asparagina ProlinaMetionina Valina Aspartato SerinaLisina Cisteina Tirosina

Glutamato

Esenciales No esenciales

Aminoácidos esenciales y no esenciales para un ser humano adulto

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1 bachillerato biología y geología · la construcción del conocimiento en los campos de la...

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