tema 1 intro a la biologia
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Biología 2016
Dra. Mariana Lagadari
Cátedra de Biología
Profesora Adj.: Dra. Mariana Lagadari [email protected] TP: Ing. Fabricio Raviol [email protected] TP simple: Lic. Viviana Rodriguez [email protected]: Paola Galarraga [email protected]
Teóricas: Miércoles de 16 a 19 hr (aula 13)
Trabajos Prácticos: Viernes de 15 a 17hr
1er Parcial: vie 24.042do Parcial: miér 22.06
Recuperatorio: vier 24.06
¿Qué es la Biología?
¿Qué es la Biología?
La biología es una disciplina con un amplio espectro de
campos de estudio
Ciencia que tiene por objeto el estudio de los seres vivos y todo lo
que con ellos se relacione.
del griego «βίος» bíos, vida, y«-λογία» -logía, tratado, estudio,
ciencia
¿Qué es la Biología?
Anatomía Antropología Biomedicina Botánica
Citología Ecología Embriología
Etología Evolución
Filogenia Fisiología Genética Histología
Inmunología Micología Microbiología Paleontología Taxonomía Virología
Zoología
Ramas de la Biología
Amplio espectro de campos de estudio y numerosas ramas
¿Relación entre Biología & Ciencias de Alimentación?
Ingeniería de los Alimentos
Comprensión de fenómenos de la química, la biología y la física de los alimentos.
• Uso de levaduras y microorganismos en la industria del vino, cerveza• Alimentos funcionales: minerales, fibras, antioxidantes, vitaminas, ac. Fólico.
Cómo se estudian
estas disciplinas ?
• Es el mecanismo que utilizan los científicos para exponer y confirmar sus teorías.
• Un proceso continuo regido por varios pasos
• Se usan experimentos para contestar preguntas.
• Planteos que pueden implicar investigaciones profundas que conducen a descubrimientos.
Método científicoMétodo científico
Estudiaba las infecciones producidas por las heridas.
1928 Descubre la Penicilina, comenzando con la Era de los Antibióticos
1945 Nobel de Medicina
Interacción entre casualidad, preparación y observación fue
determinante en su mayor descubrimiento: la
penicilina.
Penicilium chrysogenum
Alexander Fleming (1881–1955)
PASOS DEL MÉTODO CIENTÍFICO
1.Observación2. Preguntas3. Hipótesis4. Experimentación5. Conclusiones
Ejemplo:
Observación: Cuando se agrega azúcar al café y se revuelve con una
cuchara, el azúcar "desaparece"
Pregunta
Hipótesis
Experimentos
Conclusión
• El azúcar el soluble en el café?• La temperatura es importante?• Que ocurre si no hay agitación?El azúcar el soluble en el café, necesita calor para su disolución completa y ésta es mas rápida si hay agitación. • Agregar distintas cantidades de azúcar a igual condiciones de temperatura y agitación•Igual cantidad de azúcar, a diferentes Tº• Igual cantidad de azúcar, igual Tº, con y sin agitaciónEl azúcar se disuelve mejor y con
mayor rapidez en café caliente, el proceso de disolución se ve favorecido
por el aumento de temperatura y la agitación.
La Biología se caracteriza por
seguir principios y
conceptos de gran
importancia
* Universalidad* Evolución* Diversidad* Continuidad* Homeostasis* Interacción
UniversalidadExisten constantes universales y procesos comunesTodo ser vivo esta formado por las mismas unidades
funcionales.
EvoluciónToda vida desciende de un antepasado común
que ha seguido el proceso de la evolución.
Organismos exhiben semejanzas en las
unidades y procesos
DARWIN→ Selección Natural → mayor frecuencias de tipos que 1859 tienen mas éxito en sobrevivir y reproducirse
Diversidad
Árbol filogenético basado en datos del ARNr, mostrando la separación de bacterias, arqueas y eucariontes, de acuerdo con C. Woese et al. (1990)
Herencia + variabilidad+ evolución
Continuidad
“Omne vivum ex ovo” → Ancestro común
Código genético
Prueba definitiva de la teoría del descendiente común universal de todas las bacterias, archaea y eucariotas.
Homeostasis
Adaptación al cambio mediante la mantención de condiciones estables de su medio interno
Ej: animales de sangre caliente
Interacción
Todos los seres vivos interactúan con otros organismos y con sus entornos. Diversos comportamientos: agresivo, cooperativo,
parasitario o simbiótico.
La Célula: Unidad fundamental
Un poco de historia…
• 1838 Schleiden y Schwann Teoría celular: nacimiento formal de la Biología Celular
“Todos los organismos vivos están compuestos por una o más células y estas se originan exclusivamente a partir de células preexistentes”
La Teoría Celular postula que toda célula se origina de una preexistente…
¿ Como se originaron las primeras células ?
Evolución celularTierra 4600 millones de años … mil millones de años después aparecería la vida¿Origen espontaneo de la vida?1922- Bco. Alexander Oparin : hipótesis→ Las moléculas orgánicas se formarían a partir de los gases de la atmósfera y se acumularían en los mares y océanos formando una sopa primigenia.
Al enfriarse la Tierra: se formó una atmósfera reductora. Aparecen moléculas como CO2, NH3, CH4.
Descargas eléctricas procedentes de relámpagos y de otros fenómenos.Moléculas orgánicas
1950- Stanley Miller probó la hipótesis
Resultado → urea, glicina, ácido aspártico, alanina, ácido fórmico, etc
Océano
Atmosfera primitiva
El origen de la vida
> 3.5 millones años : agregación espontanea de moléculas
Relámpagos, erupciones y tormentas, descargas eléctricas
Poco O2 libreSin capa de O3
Altas temperaturasGases
H2, O2, C y N2
4 elementos primarios de la materia viva estaban
disponibles en alguna forma en la atmósfera y en las
aguas de la Tierra primitiva.
Moléculas orgánicas
Entonces moléculas orgánicas simples debieron
asociarse/reaccionar formando moléculas mas grandes y mas complejas.
Pero para poder formar parte de los procesos vitales, estas moléculas debieron ser capaces de autorreplicarse.
Propiedad fundamentalde la materia viva
De esas macromoléculas
ARN la única capaz de servir de molde para catalizar su propia replicación
Las primeras células
Acontecimiento crucial
CÉLULA PRIMITIVAMuy poca sofisticación
División lentaPoco eficiente
Información en ARN
Membrana externa???
LA VIDA COMIENZA CON LA VIDA COMIENZA CON CÉLULAS …CÉLULAS …
• Aparecieron formas de organización más complejas.
• Se modifico la atmosfera primitiva (liberación de 02)
• Se constituyo la capa de O3
A medida que la vida fue evolucionando…
• Los niveles más simples de organización persistieron en especies que también fueron evolucionando.
Ante un medio rico en sustancias nutritivas ► sopa primigenia se cree que:
•Las primer células fueron HETEROTROFAS: se alimentaban de sustancias extraídas del mar.
•Cuando comenzaron a escasear los nutrientes, surgieron células capaces de formar su propio alimento : AUTOTROFAS
•Luego aparecieron células capaces de aprovechar la luz solar, FOTOSINTETIZADORAS.
•Como consecuencia se acumulo O2 en la atmosfera→ organismos aerobios capaces de utilizarlo para generar energía.
heterótrofos y autótrofos aerobios
heterótrofos anaerobio
autótrofos anaerobio
CONCEPTO DE CÉLULA
3 elementos básicos
1. Membrana plasmática
2. Citoplasma 3. Material genético
3 funciones vitales
1. Nutrición2. Relación 3. Reproducción
Es un individuo independiente que forma parte de una organización
superior
Unidad fundamental: La célula
Autonomía Interacción
¿Cómo son físicamente las
células?
Estructura celular
La célula esta formada por: una membrana externa que la separa del medio externoUna zona donde se ubica al material genéticoCitoplasma medio acuoso rodeando al material genético
Medio ambienteFunción
Actividad metabólica
La célula es tridimensional posee volumen y una forma
variable
Eubacteria Lactococcus lactis Arqueobacteria (Methanosarcina)
Neurona en cerebelo
Eritrocitos
Colonia de algas verdes
Huevos de dinosaurios fosilisados
Intestino: células epiteliales Célula vegetal
Formas y tamaños celulares
No poseen núcleo
verdadero
Poseen núcleo verdadero
bacterias
La célula procariota
• Pequeños (0.5-5 μm)• ADN doble hélice circular cerrado. Único cromosoma.• Pueden presentar una pared celular • Presentan ribosomas• Pueden presentar plásmidos (resistencia a
antibióticos)• Muchas disponen de flagelos u otros sistemas de
desplazamiento
E.coli
Algunos tipos de bacterias E. coli producen una toxina que puede dañar el revestimiento del intestino delgado.
Procariotas: características
A través de los años y por proceso de evolución derivaron tipos de células más complejas
• Tamaño celular >5μm• Núcleo definido.• Material genético ADN lineal, cromosomas.• Compartimentación del citoplasma: organelas
delimitadas por membranas permitiendo funciones especificas y simultáneas.
• Presentan citoesqueleto• Células animales y vegetales
La célulaeucariota
Célula animal Célula vegetal
Núcleo: plegamiento interno de la membrana plasmática que arrastró el ADN. Las células eucariotas aparecieron hace unos 1500 millones de años.
Sistema de endomembranas: Para que la célula pudiera fagocitar el alimento una membrana plasmática flexible capaz de invaginarse y plegarse, con la posibilidad de formar compartimentos internos.
Mitocondrias y cloroplastos: Teoría de Endosimbiosis
Adquisición de complejidad
Teoría de la endosimbiosisde Lynn Margulis
Hace1500 millones de años, eucas ancestrales fagocitaron procas aerobios sin digerirlos.
De igual manera fagocitaron bacterias fotosintéticas
(cianobacterias)
Procariotas vs Eucariotas
Organismos unicelulares
Son los seres de organización más sencilla, formados por una sola célula.
Son microscópicos y pueden ser procariotas (bacterias) o eucariotas (algas y algunos hongos)
Los seres unicelulares pueden formar colonias (ej: algas).
LevadurasOrganismo eucariota mas simple.
• Hongos microscópicos • Se alimentan de azucares generalmente, que
transforman en CO2 (Fermentación)• Se utilizan para biología molecular• En la industria, se utilizan para hacer pan, cerveza,
vino
Saccharomyces cerevisiae.
Organismos pluricelulares
Formados por gran número de células
Existe diferenciación celular. Cada forma celular realiza una función específica.
Las células no pueden separarse del organismo y vivir independientemente.
Se forman a partir de una célula madre o cigoto.
Los organismos pluricelulares están formados por un gran número de células que se encuentran diferenciadas. Presentan distintas
características que les permite hacer
diferentes funciones.
Las células de un mismo tipo que realizan una misma función y han tenido un mismo origen embrionario forman un tejido, por ejemplo, el tejido muscular.
Los tejidos diferentes se agrupan formando un órgano.el corazón está formado fundamentalmente por tejido muscular, pero
también posee tejido epitelial en su interior y conjuntivo en el exterior.
Cuando el organismo es mucho más complejo, como es el caso de los vertebrados, los órganos no actúan aislados, sino que se asocian en sistemas y aparatos.
Niveles de
organización
Los seres vivos son distribuidos por razón de sus caracteres
comunes.Tres principales grupos en que se considera subdividida la diversidad de los seres vivos:
DOMINIOS
La categoría taxonómica más alta que se da en
los sistemas de clasificación biológica.
Actualidad: 3 dominios
Árbol filogenético basado en datos del ARNr, mostrando la separación de bacterias, arqueas y eucariontes, de acuerdo con C. Woese et al. (1990)
A su vez,
Existen un segundo nivel de clasificación por debajo
del dominio que se denomina REINO
Reinos: clasificación de los seres vivos
¿Cómo se estudian las células?
¿Cómo se estudian las células?
Para estudiar estructura y funcionamiento celular diversas herramientas Mundo microscópico 1 mm = 103 µm = 106 nm = 107
°A
filamentos (púrpura), la mitocondria (amarillo) y el ADN
(azul).
Cosmarium (género de alga)
UN GRANO DE POLEN DE LAVANDA
• Microscopía Óptica y Electrónica• Técnicas histológicas• Tinciones• Métodos de separación• Cultivo celular
Métodos de estudio
de la célula
¿Cómo se estudian las células?
¿Cómo se estudia la célula?
Estudio in vivo: estudia las células vivas
Estudios in vitro: estudia las células vivas pero extraídas de su ambiente natural y cultivadas en medio de cultivos específicos.
Estudios post-mortem: requiere fijar las células y tratarlas con diversas técnicas para su posterior observación.
Microscopio Revolución en la Biología
Herramienta básica en el estudio de la Biología
2 principios: Magnificación y Resolución
Diferentes técnicas de microscopia que permiten observar estructuras de determinado rango de
tamañoLimite de Resolución
La separación mínima que permite que dos objetos puedan ser distinguidos como diferentes
Ojo Humano 0,1 mm = 100 µm
M. O. 0.25 µmM. E. 1 A 10 A(1 mm = 103 µm = 106 nm = 107
°A)
Limite de resoluciónDistancia mínima que permite ver separados
dos puntos
2 tipos básicos de microscopio : ÓPTICO Y ELECTRÓNICO
Microscopio Óptico
•M O de campo brillante•M O de campo oscuro•M O de contraste de fases•M O de fluorescencia•M O confocal
Microscopio Electrónico
•M E de transmisión•M E de barrido
+ Técnica HistológicaDiferencia : Radiación y Limite de Resolución.
Luz Electrones
E. Coli
eritrocitos
Microscopia ÓpticaCampo OscuroCampo Brillante Contraste de fases
Fluorescencia Confocal
Detalles con tinciónElementos transparentesDensidades o grosor
Distribución celular 3D- Reconstrucción en profundidad
Microscopia electrónica
Inmovilizar y seccionado: para preservar a muestra y cortar en laminas que permita observar células individuales
Fijación: para la preservación de la morfología y composición química de la célula. Ejs: Paraformaldehído/metanol/ etanol
Permeabilización: permite la entrada de colorante especifico o un anticuerpo. Ej: Calor, frío, etanol.
Montaje: adherir los cortes histológicos a un portaobjetos de vidrio
Técnicas histologicasA partir de órganos/tejidos montados en tacos y cortados con
micrótomo o criostato
TincionesColorantes específicos que tienen la capacidad de reaccionar con los distintos componentes
celulares, permitiendo su identificación al microscopio
Hematoxilina afinidad por moléculas cargadas negativamente → núcleo azul violáceoEosina afinidad por sustancias básicas → citoplasma rosa
Oil Red: tiñe lípidos (triglicéridos) neutros
Azul de metileno: teñir células para hacer más visibles sus núcleo y en el recuento de reticulocitos
Cristal violeta: tiñe las paredes celulares de color púrpura. Componente importante en la coloración GRAM.
Epidermis cebolla
Staphylococcus aureus (Coco Gram positivo) y Escherichia coli (bacilo Gram negativo)
reticulocitos
Métodos de separaciónCentrifugación diferencial
Separación de los componentes intracelulares
Núcleos
Mitocondrias
Microsomas. Golgi
Ribosomas
Homogenato
Célula intacta
Cultivo celular
Conjunto de técnicas que permite mantener “in vitro” células o tejidos en un medio nutritivo. Permite el estudio de procesos como la división, el crecimiento, la diferenciación celular y otros.
• Cultivos primariosSon preparados a partir de tejidos con o sin fraccionamiento. • Cultivos secundariosSubcultivos repetidos de cultivos primarios con medio adecuado.• Lineas celularesPoblación de células capaz de dividirse indefinidamente en cultivo
Células Hela
Medios de cultivo: Hidratos de Carbono, Ac grasos, lípidos, sales minerales,
aminoácidos
Bibliografía utilizada
• ALBERTS, B., Bray, D., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. y Walter, P. Introducción a la Biología Celular. Traducción al español de la 3 ed - Omega, Barcelona.
• CURTIS,H y BARNES, N. Sue. Biología. 6 ed. Madrid, Médica Panamericana, 2001, I.S.B.N. 950-06-0423X
• Curtis, Barnes, Schenk y Flores. Invitación a la Biología 6ta Edición. Editorial Medica Panamericana. 2010. ISBN 978-950-06-0447-5
• Cooper G. y Hausman RE. La Célula. 3ra edición. Editorial Marbán. ISBN 84-7101-514-5
Formados por ácidos nucleicos y una cubierta proteica (cápside)
Son parásitos intracelulares obligados.
Solo realizan la función de reproducción (con la maquinaria celular).
No se nutren ni se relacionan
Formas acelulares: Virus
M O de campo oscuro
• Llegan al objetivo los rayos de luz que han sido desviados al atravesar la muestra
• Permite ver células no teñidas.
eritrocitos
M O por contraste de fases
• Utiliza sistemas ópticos que convierte las variaciones de grosor o densidad en diferencias de contraste.
• Se utiliza para aumentar el contraste entre partes claras y oscuras de células sin colorear.
• Útil para muestras delgadas o células aisladas y para observar movimiento celular
M O de fluorescencia
• Para el estudio de la distribución intracelular de moléculas
• Se utiliza con una tinción fluorescente que se fijan a estructuras celulares. O bien, células que fueron sometidas a técnicas de Inmunofluorescencia.
• Los pigmentos fluorescentes captan la energía de una longitud de onda determinada y la emiten a una longitud de onda mayor que es detectada por filtros apropiados.
M O Confocal
• Combina la MO de Fluorescencia con el análisis electrónico de la imagen para obtener imágenes tridimensionales.
• Solo la luz emitida del plano de enfoque es alcanzada por el detector.
Procariotas
Bacillus subtilisBacillus subtilis
Peptidoglucano
Membrana plasmática
Gram positivaGram positiva Gram Gram negativanegativa
Envolturas celulares: pared celular de eubacterias
Espacio periplásmicoMembrana externa
Membrana plasmática
Peptidoglucano
“En el campo de la investigación, el azar sólo favorece a los espíritus
preparados” Louis Pasteur (1822-1895).
Gran parte de los descubrimientos en la investigación se originan de forma casual,
a través de una observación azarosa.