Unidad I: Biología Básica (Folleto 1)

Asignatura: Fundamentos de los Procesos Biológicos

Ing. María Elena Ramírez Chavarría

01/02/2013

UNIDAD I: Biología Básica

INTRODUCCIÓN

A lo largo de los últimos decenios, las investigaciones en la ciencia básica de la Biología han generado conocimientos sorprendentes a cerca de nosotros mismos, la especie humana, y de los millones de otras formas de vida con que compartimos el planeta.

Según la teoría celular, que es uno de los conceptos unificadores fundamentales de la biología, todos los seres vivos se componen de unidades básicas llamadas células y de sustancias producidas por éstas.

Aunque los seres vivos varían mucho en tamaño y aspecto, todos (a excepción de los virus) se componen de estos pequeños bloques fundamentales de construcción. Algunas de las formas de vida más sencillas como las bacterias, son unicelulares, o sea, que consisten de una sola célula. Otros en cambio son multicelulares. En los complejos organismos multicelulares, los procesos biológicos dependen del funcionamiento coordinado de las células componentes. (Villee, Martín, Berg, & P., 1996)

Todos los organismos vivos crecen, por lo tanto, el crecimiento es el aumento de masa resultante de: el mayor tamaño de las células, aumento del número de células o ambos fenómenos. Uno de los aspectos singulares de crecimiento, es que, en cada parte del organismo continúa el funcionamiento mientras crece. Todos los seres vivos se desarrollan, además de crecer. El desarrollo incluye todos los cambios que ocurre durante la vida del organismo.

En todos los seres vivos ocurren reacciones químicas y transformaciones de energía en formas útiles. La suma de todas las actividades químicas de un organismo se llama metabolismo. Las reacciones metabólicas sobreviven de manera continua en todos los seres vivos y deben estar reguladas en forma minuciosa porque se mantenga el estado interno equilibrado.

El movimiento es una propiedad básica de las células y es otra característica de los seres vivos. La materia viva en el interior de las células está en movimiento continuo. Los seres vivos también respondes a estímulos, que son los cambios físicos o químicos en su ambiente interno o externo.

Sabemos que un ser vivo solo puede existir de un organismo preexistente. Uno de los principios fundamentales de la biología, es que “la vida proviene solo de

2Ing. María Elena Ramírez 1T1 IAI F.P.B

seres vivos”. Si hay una característica que puede mencionarse como la esencia misma de la vida, es la capacidad de los organismos vivos reproducirse. En organismos simples como las amibas la reproducción tiende a se asexual, es decir sin la participación de sexos, pero en la mayoría de las plantas y los animales la reproducción es sexual y depende de células especializadas llamadas gametos masculinos y femeninos.

La capacidad de una población para evolucionar (cambiar) y adaptarse a su ambiente, es la característica que le permite sobrevivir a un mundo cambiante. Las adaptaciones son los rasgos que mejoran la capacidad de un organismo para sobrevivir en un ambiente dado y pueden consistir en cualquier combinación de adaptaciones estructurales biológicas y de conducta.

La información debe transmitirse en cada individuo, entre individuos y de una generación a la siguiente. A fin de que un individuo crezca, se desarrolle, lleve a cabo el metabolismo autorregulado, se mueva, responda a estímulos y se reproduzca, debe tener instrucciones precisas. La información que los organismos necesitan para efectuar estos procesos está codificada y se transmite en la forma de sustancias químicas e impulsos eléctricos. En organismos que se reproducen sexualmente, cada descendiente es una combinación de los rasgos de sus progenitores. El ADN (Ácido Dexosirribonucléico) es una sustancia que compone los genes o unidades de material hereditario. (Villee, Martín, Berg, & P., 1996)

1.1 Principios básicos y químicos que rigen los sistemas vivientes

1.1.1 Principio Básico

El nivel químico es el de organización más sencilla. Incluye las partículas básicas de toda la materia, es decir, los átomos, y sus combinaciones llamadas moléculas. Un átomo es la unidad mínima de un elemento químico (sustancia fundamental) que posee propiedades características de dicho elemento. Lo átomos se combinan químicamente en moléculas, de tal manera que dos átomos de hidrógeno se combinan con una de oxígeno y forman una molécula de agua.

La vida evolucionó a partir de átomos y moléculas. En el nivel celular, se observa que muchas moléculas diversas se asocian y forman estructuras complejas y muy especializadas en las células llamadas organelos. La célula en sí es la unidad funcional y estructural básica vital, es decir, la parte más sencilla de materia viva que puede llevar a cabo todas las actividades necesarias para la vida. (Smith &Smith, 2001)

3Ing. María Elena Ramírez 1T1 IAI F.P.B

En la mayor parte de los organismos multicelulares las células formas tejidos, como el tejido muscular en los animales o la epidermis (tejido que forma la cubierta protectora) en las plantas por ejemplo. A su vez los tejidos están dispuestos a estructuras funcionales, llamadas órganos como el corazón en los en los animales o las raíces en las plantas. Cada grupo principal de funciones biológicas se ejerce por un grupo coordinado de tejidos y órganos llamado sistema o aparato orgánico, por ejemplo el sistema digestivo en los animales o sistema de conducción en las plantas. Los sistemas o aparatos orgánicos funcionan juntos, de manera coordinada, con gran precisión y componen el complejo organismo multicelular.

1.1.2 Fundamento químicos de la vidaTodo lo que existe en la tierra se compone de átomos y moléculas. Los principios físicos y químicos que rigen los seres vivientes son los mismos que gobiernan los sistemas no vivientes o abióticos.

En los seres vivos, la organización, disposición y combinación de sus moléculas dan como resultados las propiedades y características por las cuales se manifiesta la vida. Todos los seres vivos son compuestos orgánicos e inorgánicos integrados y ordenados.

Los elementos son sustancias que no se pueden separar en otras más sencillas mediante las reacciones químicas ordinarias. La materia del universo se forma de 92 elementos naturales, que van desde el hidrógeno (que es el más ligero) hasta el uranio (que es el más pesado). Casi el 98% de la masa de un organismo se compone de 6 elementos fundamentales: O2, N2, H2, C2, Ca y P.

Atendiendo a su abundancia los elementos se pueden clasificar en:

Bioelementos primarios:

Aparecen en una proporción media aproximada del 96% de la materia viva, entre ellos tenemos: O2, N2, H2, C2, P y S. Estos elementos reúnen una serie de propiedades que los hacen adecuados para la vida.

Bioelementos Secundarios:

Aparecen en una proporción media próxima al 3.3% entre ellos están: Ca, Na, K, Mg y Cl desempeñando funciones de vital importancia en la fisiología celular.

Oligoelementos:

Denominados también elementos vestigiales o micro constituyentes. Estos aparecen en la materia viva en proporción menor al 0.1%, pero también son

4Ing. María Elena Ramírez 1T1 IAI F.P.B

esenciales para la vida, estos son: Fe, Mn, Cu, Zn, F, Br, Silicio, Vanadio, Cobalto, Selenio, Molibdeno y Estaño.

Los elementos químicos que forman parte de la materia viva se denominan bioelementos, que en los seres vivos forman biomoléculas. Estos elementos se pueden clasificar en dos grandes grupos: Orgánicos e Inorgánicos. Los compuestos orgánicos por lo general son grandes y complejos, además que casi siempre contienen carbono (glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucléicos). Por su parte los compuestos en los que no aparece este elemento se llaman Compuestos Inorgánicos que son sustancias relativamente pequeñas y sencillas. Entre los compuestos inorgánicos de importancia biológica se encuentran: el agua, ácidos y bases sencillas y sales sencillas (sales minerales). También algunas sustancias o gases como el CO2 y compuestos carbonados se consideran inorgánicas, aunque contengan carbono, así como oxígeno y el nitrógeno atmosférico.

El agua es indispensable para la vida

El agua es la fuente de oxígeno en el aire que respiramos por intermedio del metabolismo vegetal, y sus átomos de hidrógeno se incorporan a muchos compuestos orgánicos en cuerpos de los seres vivos. También es el solvente de muchas reacciones biológicas y un reactivo o producto de numerosas reacciones químicas.

Las sales minerales: están constituidas por elementos como el calcio, sodio, potasio, cloro y magnesio. Estas sustancias se encuentran en pequeñas proporciones en los organismos vivos, pero son de vital importancia en procesos de digestión, respiración y nutrición. Como las sales son solubles en agua, se encuentran con facilidad en casi todos los cuerpos de los seres vivos.

1.2 Biogénesis.Los elementos biogenésicos (bio = vida; génesis= origen o formación) son aquellos que intervienen en la conformación de los seres vivos, entre ellos están Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno.

Los principales grupos de compuestos orgánicos en los seres vivos son: los lípidos, carbohidratos, proteínas y ácidos nucleicos. El Carbono tiene propiedades químicas que lo hacen muy importantes en los seres vivos.

El Hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido; es más ligero que el aire y es muy activo químicamente, es decir, puede reaccionar con la mayoría de los elementos y compuestos químicos. Forma parte de todos los compuestos orgánicos, junto con el carbono.

5Ing. María Elena Ramírez 1T1 IAI F.P.B

El Oxígeno es un gas muy importante para la mayoría de os seres vivos, pues resulta indispensable para la respiración. Se encuentra en una proporción del 21% en el aire. Las reacciones en las que el oxígeno se encuentra presente se llaman oxidaciones, además el oxígeno es un gas que ayuda a la combustión de las sustancias y forma parte de gran cantidad de los compuestos orgánicos.

El Nitrógeno también es muy importante para la vida porque se encuentra en todas las composiciones de las proteínas. En la naturaleza, se encuentra de forma libre como parte del aire atmosférico, o combinado en forma de sales, llamados nitratos que se hallan principalmente en el suelo. El nitrógeno de estas sales lo utilizan los vegetales para formar proteínas.

1.3 Teoría CelularLa teoría celular establece que:

Todo ser vivo está formado por una o más células. La célula es lo más pequeño que tiene vida propia: es la unidad anatómica

y fisiológica del ser vivo. Toda célula procede de otra célula preexistente. El material hereditario pasa de la célula madre a las hijas.

La célula es la unidad más pequeña de materia viva, capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida. Tiene todos los componentes físicos y químicos necesarios para su propio mantenimiento, crecimiento y reproducción.

El concepto unificador de que todas las células son la unidad fundamental de todos los seres vivos, forma parte de la teoría celular. Dos científicos alemanes: el botánico Matthias Schleiden en 1838 y el zoólogo Theodor Schwann en 1839 fueron los primeros en señalar que las plantas y los animales se componen de grupos de células y que la célula es la unidad básica de los organismos vivos.

En 1855, Rudolph Virchow amplió la teoría celular y afirmó que se forman nuevas células solo por división de preexistentes. Dicho de otra manera, las células no surgen por generación espontánea proveniente de materia inanimada, como lo pensaba Aristóteles. Hacia 1880, otro famoso biólogo, August Weismann, expresó que todas las células de hoy, tienen antecesoras que se remontan de tiempos antiguos. La prueba de que todas las células vivas actuales tienen un origen común, radica en las similitudes básicas de sus estructuras y las moléculas que se componen.

Existen células procariotas y eucariotas.

6Ing. María Elena Ramírez 1T1 IAI F.P.B

Las células procariotas no poseen núcleos u órganos dentro de las membranas. Las especies archaea y eubacterias poseen células procariotas.

Las células eucariotas tienen un núcleo y órganos cubiertos por membranas. Cada órgano tiene una función específica. Todas las especies en el dominio de las eucariotas (protistas, hongos, plantas y animales) tienen eucariotas. Los protozoarios individuales son pequeños y tienen una sola célula, mientras que una planta o animal tienen trillones de células.

1.3.1 El Ciclo CelularEl ciclo celular es la secuencia de procesos en la vida de una célula eucariota que conserva la capacidad de dividirse. Consiste en la interfase, mitosis y citocinesis. El lapso de tiempo requerido para completar un ciclo celular es el tiempo de regeneración. (Lomanto, Ortíz, Bretón, Gómez, & Mesa, 2003)

En general todas las células pasan por dos períodos en el curso de su ciclo celular:

7Ing. María Elena Ramírez 1T1 IAI F.P.B

El material genético ADN está libre en el citoplasma

Sólo posee unos orgánulos llamados ribosomas.

Es el tipo de célula que presentan las bacterias.

El material genético ADN está encerrado en una membrana y forma el núcleo.

Posee un gran número de orgánulos. Es el tipo de célula que presentan el

resto de seres vivos.

Uno de INTERFASE: es el período durante el cual la célula crece, replica su ADN y se prepara para la siguiente división. Consta de 2 fases:

Fase de Síntesis (S): en esta etapa la célula duplica su material genético para pasarle una copia completa del genoma a cada una de sus células hijas.

Fase G1 y G2 (Intervalo): entre las fases S y M de cada ciclo hay 2 fases denominadas intervalo, en las cuáles la célula está muy activa metabólicamente, lo cual le permite incrementar su tamaño (aumentando el número de proteínas y de organelos), de lo contrario las células se harían más pequeñas con cada división.

Período de división o FASE M: es el estadio más dramático de la célula, produciéndose a su vez dos sucesos:

MITOSIS o división del núcleo: en esta fase se reparte a las células hijas el material genético duplicado, a través de la segregación de los cromosomas. La fase M, para su estudio se divide en:

Profase: en esta etapa los cromosomas (constituidos de 2 cromátidas hermanas) se condensan en el núcleo, mientras en el citoplasma se comienza a ensamblar el huso mitótico entre los centrosomas.

Metafase: comienza con el rompimiento de la membrana nuclear, de esta manera los cromosomas se pueden unir al huso mitótico (mediante cinetocoros). Una vez unidos los cromosomas, éstos se alinean en el ecuador de la célula.

Anafase: se produce la separación de las cromátidas hermanas, las cuales dan lugar a dos cromosomas hijos, los cuales migran hacia polos opuestos de la célula.

Telofase: aquí ambos juegos de cromosomas llegan a los polos de la célula y adoptan una estructura menos densa, posteriormente se forma nuevamente la envoltura nuclear. Al

8Ing. María Elena Ramírez 1T1 IAI F.P.B

finalizar esta fase, la división del citoplasma y sus contenidos comienza con la formación de un anillo contráctil.

CITOCINESIS o división del citoplasma en dos células hijas. Finalmente se divide la célula mediante el anillo contráctil de actina y miosina, produciendo 2 células hijas cada una con un juego completo de cromosomas.

A continuación se representa un resumen gráfico de la mitosis:

Bibliografía

Lomanto, L., Ortíz, O., Bretón, C., Gómez, Á., & Mesa, V. (2003). El ciclo celular. Recuperado el 22 de Febrero de 2013, de http://biologiamyblog.files.wordpress.com/2010/02/ciclo-cell1.pdf

Smith, R. L., & Smith, T. M. (2001). Ecología. Madrid, España: 664p.

Villee, C., Martín, D. W., Berg, L. R., & P., S. E. (1996). Biología de Villee. Tercera Edición. Impreso en México: 1,193p. ISBN: 968-25-2396-6.

9Ing. María Elena Ramírez 1T1 IAI F.P.B

Tras la mitosis la célula original se convierte en 2 células hijas: idénticas entre si, idénticas a la célula madre y con el mismo número de cromosomas que la célula madre.