Biologia PDV Libro

Unidad 1 Método Científico

CONTENIDOS

● UNIDAD 1.

MÉTODO CIENTIFÍCO

● UNIDAD 2.

TEORÍA CELULAR Y NIVELES DE ORGANIZACIÓN

● UNIDAD 3.

BIOMOLÉCULAS

B I O LO G Í A B I O LO G Í A M O L E C U L A R Y C E LU L A R M O L E C U L A R Y C E LU L A R

L I B R O 1 PA RT E L I B R O 1 PA RT E

2016

I

B I O LO G Í A C O M Ú NB I O LO G Í A C O M Ú N

NOMBRE :

CURSO :

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La Biología (bio=vida; logos=estudio de) es una ciencia que tiene como objeto de estudio a los seres vivos (origen, evolución, propiedades, etc.), tanto en forma individual como las interacciones con otros seres vivos y con el medio, con el fin de establecer los principios generales que rigen la vida. La Biología, la Química, la Física entre otras, pertenecen al grupo llamada Ciencias Naturales que son ciencias empíricas, es decir, utilizan la experimentación y la lógica para responder a las preguntas que surgen de la observación de fenómenos naturales, como por ejemplo: ¿Cómo toma agua una planta?, ¿Por qué hay árboles que botan sus hojas en invierno y otros no lo hacen? Existen numerosas preguntas sobre el “cómo” y el “por qué” para las que no hay respuestas y los nuevos descubrimientos van engendrando nuevas preguntas que nadie se formulaba antes. La forma de acceder al conocimiento o buscar respuestas es lo que llamamos Método Científico (camino al conocimiento).

INTRODUCCIÓN

1. MÉTODO CIENTÍFICO

El método científico es el proceso mediante el cual una hipótesis científica es validada o bien descartada, aumentando así el cuerpo de conocimientos. El método científico es una forma de investigar basado en la experimentación (empirismo) y en la medición rigurosa y objetiva. Este método es un valioso instrumento que le permite a la ciencia conseguir el conocimiento de la naturaleza. Debe ser riguroso para que lleve a resultados precisos (ya que un

método vago solo puede llevar a resultados confusos) y debe ser el adecuado para cada caso específico, además de ser aplicado con inteligencia e imaginación. Lo anterior significa que la ruta trazada no es inmutable y que es imposible tener proyectado en todos sus detalles el camino a seguir. En cierto modo el método es un camino que se va haciendo, o al menos, se va completando al recorrerlo en cada investigación científica.

En toda investigación científica subyace un enfoque hipotét ico deductivo en el cual los científicos se formulan preguntas y evalúan respuestas. Este método les permite modificar las ideas y corregirlas a medida que cuentan con nuevas observaciones e información.

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El método científico puede considerarse como una secuencia de pasos, a saber:

1.1 PASOS DEL MÉTODO CIENTÍFICO

• OBSERVACIÓN

Indudablemente, el científico es una persona curiosa y las observaciones pueden ser de un fenómeno en la naturaleza, de un suceso experimental o de la literatura científica. Un ejemplo clásico corresponde a los estudios realizados por Louis Pasteur a mediados del siglo XIX. En esa época había científicos que defendían la Teoría de la Generación Espontánea (Abiogénesis) y los que creían que la vida surge de la vida (Biogénesis), entre estos últimos estaba Pasteur. Se contaba con experimentos que apoyaban una u otra de estas teorías. Pero Pasteur estaba convencido que los microorganismos que descomponían la materia orgánica eran transportados por el aire y esto no terminaba de convencer a toda la comunidad científica.

¿Los resultados obtenidos son acordes con la hipótesis

planteada?

Replanteamiento de la hipótesis

SI

NO

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• PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Una vez reconocido el problema se debe acotar y hacer rigurosa su presentación. En este nivel el investigador revisa la literatura científica al respecto e indaga y discute sobre el tema con sus colegas. Una vez que ha recolectado la suficiente información existente acerca de la misma observación, el científico estará en condiciones de delimitar el problema y puede especular sobre varias posibles causas. Por lo tanto el planteamiento del problema lo reconocemos en un enunciado como una pregunta o la incógnita a resolver. En el caso de lo planteado por Louis Pasteur, la pregunta fue: ¿surgen las células por generación espontánea o surgen a partir de otras células?

La hipótesis es la posible respuesta para el problema, son explicaciones tentativas para el fenómeno. Puede surgir más de una hipótesis, pero ellas deben ser probadas experimentalmente. Un experimento prueba una hipótesis verificando si las predicciones que se derivan de la misma son correctas. Por lo tanto, de la hipótesis surge una predicción y es esta la que se va a verificar directamente en el experimento. Según la Generación Espontánea, las células surgen espontáneamente de materia no viva.

En nuestro ejemplo, la hipótesis es: La aparición de microorganismos en líquidos alterables cuando están en contacto con el aire, se debe a que los microorganismos contaminan el líquido y se reproducen en dicho medio. Entonces (predicción), si se evita la llegada de microorganismos al líquido, se impedirá su desarrollo. Esta declaración predictiva induce al siguiente paso lógico: comprobar la hipótesis.

• HIPÓTESIS

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• EXPERIMENTACIÓN

Una hipótesis es comprobada o rechazada a través de una serie de experimentos en los cuales las condiciones específicas son creadas deliberadamente para producir la observación en cuestión. Según sea la índole del trabajo, el investigador diseñará un experimento utilizando las técnicas más adecuadas. El propósito del experimento es determinar la relación causa-efecto existente entre una observación y una variable (la causa hipotética de la observación). En términos ideales, el experimento debe estar diseñado de tal manera que solamente admita una interpretación para la observación. A fin de cumplir con este objetivo los investigadores establecen dos condiciones:

Grupo Experimental: Es el grupo o tratamiento en el cual la

variable manipulada está presente.

Este grupo responde directamente a la

hipótesis.

Grupo Control: Es el grupo o tratamiento sin la

variable experimental, pero mantiene

todas las otras condiciones idénticas

al grupo experimental. Este grupo

permite verificar o “controlar” que

no estén influyendo otras variables

en el experimento.

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Pregunta de Pasteur: ¿Puede acaso la vida generarse espontáneamente o proviene de

vida ya existente?

Conclusión: toda la vida proviene de vida ya existente.

En el Diseño Experimental de Pasteur los dos tratamientos son idénticos en todos los aspectos excepto en uno. Ambos utilizaban matraces del cuello de cisne de cristal llenos de la misma cantidad del mismo caldo de nutrientes. Los matraces se hirvieron durante el mismo tiempo para matar todo organismo vivo, como bacterias u hongos.

En este caso, el grupo control es el de los matraces de cuello de cisne intactos, mientras que el grupo experimental es el de los matraces a los cuales se les rompió el cuello

De tal modo que la única diferencia entre ambos grupos de matraces es la forma en que están expuestos al aire variable experimental y el resto de las condiciones son idénticas para ambos grupos. Estas últimas son llamadas variables controladas.

Durante el experimento se recolectan datos que, posteriormente deben ordenarse para presentarse como resultados y análisis.

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• CONCLUSIÓN

Los resultados se presentan en tablas o gráficos, de modo que se establezcan relaciones entre las variables estudiadas. El análisis de los datos nos lleva nuevamente a la hipótesis, de tal forma que esta puede ser aceptada o rechazada. La conclusión es:

El investigador recopila su trabajo precisando los pasos seguidos, las condiciones necesarias y suficientes, presenta los resultados ordenados en tablas y gráficos de tal forma que cualquier otro investigador sobre el tema pueda reproducir la experiencia. Esto permite el diálogo entre científicos y hace accesible la información a otros investigadores, que utilizarán este nuevo conocimiento como fundamento de sus propios trabajos, tal y como sucedió con el trabajo de investigación expuesto.

• PUBLICACIÓN

Las células provienen de otras células previas, no espontáneamente de materia no viva.

En nuestro ejemplo, la hipótesis es aceptada ya que son los microorganismos transportados por el aire los causantes de la putrefacción del caldo de cultivo.

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1.2 TEORÍA, LEY, PRINCIPIO Y MODELO

Muchas personas utilizan incorrectamente el vocablo teoría para referirse a una hipótesis. Una teoría se establece solo cuando un número importante de hipótesis que apuntan a un mismo fenómeno han sido sustentadas por resultados consistentes de muchos experimentos y observaciones. Como se formula a partir de un conjunto de hipótesis relacionadas entre sí la teoría también es la explicación de un fenómeno, en este caso, mucho más amplio. Una buena teoría sirve para relacionar hechos que previamente parecían aislados. Una buena teoría también crece; relaciona hechos adicionales conforme éstos se conocen. Predice nuevos hechos y hace pensar en nuevas relaciones entre fenómenos. Incluso puede sugerir aplicaciones prácticas. Una buena teoría, al mostrar las relaciones entre clases de hechos, simplifica y aclara nuestra comprensión de los fenómenos naturales.

Por otro lado, una Ley es una sentencia generalizada la cual se establece a través de relaciones del mismo tipo, por lo tanto es el fenómeno, el hecho, lo observado. Lo más característico de una Ley es que es descrita pa través del lenguaje matemático por lo que no deja lugar a dudas y no puede ser contrariada en el tiempo, como la Ley de Gravitación Universal por ejemplo. Un principio tiene las mismas características que la Ley con excepción de que el principio no es expresado en lenguaje matemático y por lo tanto tiene cierta incertidumbre. Finalmente, con frecuencia sucede que las hipótesis y las teorías se formulan comparando el fenómeno estudiado con otro semejante, llamado modelo o el modelo surge a partir de cierta evidencia experimental. En este sentido el modelo representación idealizada de un fenómeno de la realidad, es mucho más sencillo, conocido o intuitivo y de esta forma nos permite comprender el fenómeno mucho mejor, un ejemplo es el modelo del mosaico fluido de la membrana plasmática celular que se muestra a continuación:

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Sin embargo, se desconocía que partes del agua y del dióxido de carbono eran utilizados en la producción de la glucosa, o de donde era liberado el oxígeno. Frente a esto, un científico propuso que el oxígeno proviene del agua.

Lea el siguiente enunciado y responda las preguntas: Hacia fines del siglo XVIII se sabía que las plantas necesitaban agua, aire y luz para crecer y que liberaban oxígeno. Esto lo expresamos actualmente así:

1. Lo subrayado en el texto corresponde a un (a): A) Observación, B) Problema, C) Hipótesis, D) Predicción o E) Conclusión

2. El planteamiento hecho por el científico corresponde a un (a): A) Observación, B) Problema, C) Hipótesis, D) Predicción o E) Conclusión

ACTIVIDAD Nº 1

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6O2

TRABAJO DE REDI

Durante muchos años las observaciones indicaban que algunos seres vivos podían aparecer repentinamente; las larvas aparecían en la carne; los ratones en el grano; y los escarabajos salían del excremento de las vacas. La gente se preguntaba cómo ocurrían estos fenómenos. Y así, de una manera muy rudimentaria, identificaron un problema que debían resolver formulando una pregunta:

¿Cómo surgen los nuevos seres vivos u organismos? Por mucho tiempo, la gente había aceptado una explicación generalizada sobre la aparición repentina de algunos organismos; de que, por alguna causa, la vida “surgía” de la materia inerte. Los eruditos de la época incluso dieron nombre a la idea de que la vida podía originarse de materia no viva: generación espontánea. En términos modernos, la idea de generación espontánea puede considerarse una hipótesis.

En 1668, el médico italiano Francesco Redi propuso una hipótesis distinta para la aparición de las larvas en la carne. Redi había observado que los organismos aparecían en la comida unos días después de que deambulaban las moscas, así que le pareció posible que las moscas pusieran huevos demasiado pequeños para verlos a simple vista. De este modo, Redi presentaba una nueva hipótesis. El siguiente paso para él fue probar su hipótesis con el diseño experimental que se presenta en la siguiente actividad.

Francesco Redi

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OBSERVACIONES

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

HIPÓTESIS

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………….

VARIABLE CONTROLADA

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………….

VARIABLE MANIPULADA

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………….

CONCLUSIÓN

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

ACTIVIDAD Nº 2

En el esquema de la derecha se muestra el experimento realizado por Redi en el cual expuso trozos de carne a la presencia de moscas en dos condiciones distintas y luego observó la aparición de larvas. Al respecto complete:

Aparecen Larvas

No Aparecen Larvas

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1.3 RAZONAMIENTO Y COMUNICACIÓN CIENTÍFICA

1.3.1 RAZONAMIENTO CIENTÍFICO El proceso de pensamiento que los científicos utilizan puede ser agrupado en dos categorías: razonamiento deductivo y razonamiento inductivo, que pueden ser pensados como opuestos.

♦ Razonamiento deductivo: se va desde una regla general –premisa- a una conclusión espe-cífica.

♦ Razonamiento inductivo: se va de una o varias observaciones especificas a una conclusión o principio general.

Premisa General

Conclusiones específicas Los tejidos musculares están compuestos de células.

Los tejidos nerviosos están compuestos de células.

Los tejidos epiteliales están compuestos de células.

Todos los tejidos están compuestos de células. Es importante destacar que en el razonamiento

deductivo, el científico empieza con una información dada, llamada premisa, a menudo enunciada en forma de una regla absoluta, usando palabras como “todo” o “siempre”. Desde la premisa o regla general el científico deduce –infiere– es decir formula una conclusión sobre un aspecto específico que proporciona la premisa. La inferencia es la interpretación que se da a un hecho o fenómeno observado, basándose en experiencias y conocimientos previos con el fin de dar una probable explicación a lo observado

Observaciones específicas

Las células animales poseen ribosomas

Las células vegetales poseen ribosomas

Las células de los hongos poseen ribosomas

Las células bacterianas poseen ribosomas

Conclusión General Todo tipo de célula posee

ribosomas.

En el razonamiento inductivo, un científico se dirige desde observaciones específicas a una conclusión general o principio general. El método inductivo puede ser usado para organizar nueva información dentro de categorías manejables, a través de la pregunta, ¿qué tienen en común todos estos hechos. La debilidad del razonamiento inductivo es que las conclusiones generalizan todos los posibles ejemplos al formular un principio general. Esto se conoce como el salto inductivo. Sin embargo se debe ser sensible a las excepciones y también a la posibilidad de que la conclusión no sea válida.

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1,3,2 COMUNICACIÓN CIENTÍFICA En Biología, como en muchas ciencias, las medidas se expresan en un sistema llamado notación científica y las relaciones se hacen más evidentes a través de tablas y gráficos. En la medida que se conozca de aquello, se podrá entender con mayor claridad las publicaciones que provienen de las investigaciones científicas y se avanzará en el camino de la comprensión de la biología.

• NOTACION CIENTÍFICA

En ella las cantidades son expresadas como producto de un número decimal con un dígito distinto de cero delante de la coma decimal y una potencia de 10. Ésta última es expresada con exponentes que se escriben sobre y a la derecha del número base, el diez. El exponente indica el número de veces que el número base será utilizado como un factor de la expresión, entonces 102 es igual a 10 x 10. Por ejemplo el diámetro de un vaso sanguíneo es de 10.000 µm. y en notación científica se expresa 1 x 104 µm. Otro ejemplo la concentración de glucosa en la sangre es de 0,005 moles/litro y en notación científica se expresa 5 x 10-3 moles/litro (moles L-1).

Recuerda que : Para exponentes positivos: Cambia el

signo decimal (,) hacia la derecha tantos lugares como el exponente lo indica.

Para exponentes negativos: Cambia el

signo decimal (,) hacia la izquierda tanto lugares como el exponente lo indica.

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La Figura 1 presenta la relación de los tamaños de las células con la estatura humana, componentes celulares y virus. La forma y el tamaño celular se relacionan con la función de la célula, las más voluminosas son los huevos de aves y las más pequeñas corresponden a los micoplasmas (bacterias pequeñas).La escala es logarítmica, por lo que los valores para las longitudes indicados al lado izquierdo aumentan en potencias de 10, para poder abarcar el rango de tamaños que quiere mostrar. A continuación se presenta una tabla con las unidades de longitud más comunes utilizadas por los biólogos y sus equivalencias.

• TAMAÑOS CELULARES

10 m

1 m Estatura humana

Longitud de algunas Células musculares y nerviosas

Huevo de pollo 0,1 m

1 cm

Huevo de rana 1 mm

100 µm células animales y vegetales

10 µm Núcleo

1 µm

Bacteria Mitocondria

Virus 100 nm

10 nm Ribosomas

Proteínas

Lípidos 1 nm

Moléculas pequeñas

Átomos 0,1 nm

Ojo

Hu

man

o

Micro

scop

io d

e luz

Micro

scop

io electró

nico

Equivalencias de medidas

1 centímetro (cm)

= 10–2 metros (m) = 1/100 m

1 milímetro (mm) =

10–3 metros =1/1000 m=1/10 cm

1 micrómetro (µm) = 10–3 mm = 10–6

m=1/1000000 m=1/10000 cm

1 nanómetro (nm) = 10–3 µm = 10–9

m=1/1000000000 m=1/10000000

1metro =102 cm = 103 mm = 106 um = 109

nm

Figura 1.

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Desafío Usando un microscopio óptico se determinó que el diámetro de una célula esférica es de 0,3 mm.y el del núcleo es un cuarto del diámetro celular. ¿Cuál es el diámetro del núcleo en µm?

…………… µm

Para ejemplificar la relación superficie – volumen de las células grandes y pequeñas utilizaremos células cúbicas. Se muestra una célula cúbica grande y ocho pequeñas, en ambos casos el volumen total es el mismo.

ACTIVIDAD N° 3

Volumen =40 µm ×40 µm × 40 µm =………………. µm Como el cubo tiene seis caras el área superficial total es seis veces el área de una cara. Entonces las áreas superficiales de estos cubos son: Área del cubo grande= 6× (40 µm ×40 µm)=……………µm Área del cubo pequeño= 6× (20 µm ×20 µm)=………….µm Para los 8 cubos pequeños el área total superficial será de: 8 × área del cubo pequeño=……………. µm

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Compare la proporción superficie/volumen del cubo grande y del conjunto de los 8 cubos pequeños. Proporción superficie/volumen cubo grande:……………… µm Proporción superficie/volumen conjunto de cubos pequeños:…………….. µm Si estos cubos fueran células vivas ¿a qué correspondería la superficie y el volumen? ¿Por qué esta comparación es significativa para el funcionamiento de las células? …………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

1.4 INTERPRETACIÓN DE GRÁFICOS

El estudio de la biología implica en gran medida un aprendizaje de relaciones entre variables. Por ejemplo, las radiaciones ionizantes, como los rayos X, incrementan la mutabilidad de todos los genes en proporción directa a la dosis de radiación. Una observación experimental se hizo en el cromosoma X de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Tal relación, expresada en un gráfico es valiosa y precisa, tanto para aquél que desea comunicar un hallazgo como para el que busca información sobre el tema. Un gráfico es un diagrama que expresa la relación entre dos o más variables. En algunos casos hay una clara relación causa-efecto mientras que en otros la asociación no es directa, lo que se puede deberse a un tercer factor. Las cantidades relacionadas expuestas en un gráfico son llamadas variables. El gráfico utiliza un sistema de coordenadas o ejes que representan el valor de las variables. Si la relación graficada es una de causa y efecto, la variable que expresa la causa es llamada independiente, y está representada por el eje horizontal x o abscisa. La variable que se modifica como resultado de los cambios en la variable independiente, es la variable dependiente y está representada por el eje vertical y u ordenada. El eje x e y se cortan en un punto de origen.

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Para mostrar la relación entre dos variables en un gráfico, se opera de la forma que muestra la Figura 3 con la obtención de los puntos A y B.

Componentes de un gráfico. Se muestra además la forma de ubicar un punto en el gráfico (X1 e Y1; X2 e Y2).

TIPOS DE RELACIÓN

a) Relación Directa: el valor de X aumenta y el valor de Y aumenta. En la Figura 4 se ha graficado la relación existente entre concentración de una enzima y la velocidad de una reacción bioquímica. En muchos casos un procedimiento matemático (análisis de regresión) permite determinar, con mayor precisión, la línea para describir la relación. Ésta es llamada línea ideal.

Figura 3

Figura 4

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b) Relación Inversa: En ellas el valor de Y disminuye con el aumento de X (Figura 5).

Figura 5

1.4.1 INTERPOLACIÓN Y EXTRAPOLACIÓN Si un investigador tiene la suficiente certeza de la validez de los datos obtenidos experimentalmente, puede hacer dos predicciones a partir de un gráfico: la interpolación y la extrapolación.

Interpolación se refiere a la predicción de valores que caen

dentro de los puntos experimentalmente conocidos.

Extrapolación implica extender la línea ideal más allá de los datos

experimentales. Es un procedimiento riesgoso dado que el investigador debe tener una buena razón para creer que la

relación mantendrá la tendencia mostrada. Solo entonces la predicción

podrá ser válida.

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Cuando se recopila información en una investigación, ésta debe ser registrada de forma muy clara, pero muchas veces este registro inicial no permite concluir con claridad por lo que es necesario reordenar la información. En una investigación se contó el número de huevos que existía en 24 nidos diferentes y se calculó el peso, para determinar si existe o no relación entre el peso de los huevos y el número de huevos por nido. La información cruda se observa es la siguiente tabla:

Para simplificar parte de esta información se puede realizar la siguiente tabla:

En esta tabla resumida se observa que el número de huevos oscila entre cero y seis y que el número de huevos que más se repite es 2, encontrados en 7 nidos.

1.4.2 TABLAS Y GRÁFICOS

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Las tablas se pueden representar con distintos tipos de gráficos como por ejemplo gráfico de barra (A), de puntos continuos (B) o torta (C).

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ACTIVIDAD Nº4

a) Elabore un ejemplo de razonamiento deductivo:

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….......

b) Elabore un ejemplo de razonamiento inductivo:

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….......

c) El siguiente gráfico presenta el comportamiento de un organismo en relación con el consumo de oxígeno y la variación de la temperatura del aire.

Al respecto conteste:

¿Cuál es la variable dependiente y cuál la independiente? Fundamente. ……………………………………………………………………………………………………………………………………

¿Qué tipo de relación se establece entre las variables? ……………………………………………………………………………………………………………………………………

Temperatura del aire

Consumo de oxígeno

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Para reforzar estos

contenidos accede a:

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Muchos términos científicos son palabras compuestas, es decir, están formadas por una o más raíces o formas de combinación de raíces con prefijos y sufijos. Por ejemplo leucocito o glóbulo blanco es una combinación de leuco, de la raíz que significa blanco y cito de la raíz que significa célula. A continuación se presenta una lista de las formas de combinación, raíces, prefijos y sufijos más utilizados en biología.

1.5 TERMINOLOGÍA CIENTÍFICA

Raíces Significado Ejemplo Acro extremidad Acromegalia Acu oír Acústica Adeno glándula adenohipófisis Auto por uno mismo autótrofo Bio vivo biología Blast Blasto, germen, yema blastocisto Bronc bronquio broncoscopia Carcin cáncer carcinoma, carcinogénico Cardio corazón electrocardiograma Cefalo cabeza líquido cefalorraquídeo Cine movimiento cinetocoro Cito célula espermatocito Cromo color cromosoma, cromoplasto Entero intestino enterocito Eritro rojo eritrocito Esteno estrecho estenosis aórtica Fago ingerir fagocitosis Filia afinidad por hidrófilo Galacto leche conductos galactóforos Gastr estómago gastritis Gine hembra, mujer Ginecología Gloso lengua hipogloso Gluco azúcar gluconeogénesis

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Raíces Significado Ejemplo Hem sangre hematoma Hepato hígado hepatitis Hidr agua hidrólisis Histio tejido histología Leuco blanco leucocito Lip,Lipo grasa lípidos Meningo membrana meninges Mio músculo miocito, miocardio Morfo forma amorfo Nefro riñón nefrón Neumo pulmón, aire neumonía Neuro nervio neuropatía Oculo ojo oculomotor Odonto diente odontopediatría Oftalmo ojo oftalmólogo Onco tumor oncología Osteo hueso osteocito Ovo óvulo ovogénesis Pato enfermedad patologías Soma cuerpo soma neuronal Trombo coágulo trombosis Vaso conducto vasectomía Víscera órgano visceral Zoo animal protozoo

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PREFIJOS A carencia de amembranoso Alb blanco albino Andro masculino andrógenos Anti contra antiparalelas Bi dos bisexuales Bili bilis bilirrubina Bradi despacio bradicardia Braqui corto braquidactilia Ciano azul cianótico Di,Diplo dos diploide Dis doloroso dismenorrea Ecto,Exo fuera exoesqueleto Endo dentro de endomembranas Epi sobre epicardio Esquizo dividido esquizofrenia Eu bien eucarionte Extra fuera extra cromosómico Gen originar genotipo Hemi mitad hemisferio Hetero diferente heterocigoto Hiper excesivo hipertónico Hipo bajo hipotónico Homo el mismo homosexual Inter entre intercinecis Intra dentro de intracelular Iso igual isotónico Macro grande macrófagos Melan negro melanocitos Micro pequeño microscopia Mono uno monocatenario Neo nuevo neonato Nict noche nictalopía Oligo poco oligodendrocitos Poli muchos polisomas Post después de post-sináptica Pro antes de procarionte Proto primero protozoo Seudo falso pseudópodos Supra sobre suprarrenales Taqui rápido taquicardia Terato feto malformado teratógeno Tetra cuatro tétrada Tri tres trisomía

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ACTIVIDAD Nº 5

Aplica lo que aprendiste, ¿Qué significa? Señala la raíz, y/o el prefijo, y/o el sufijo que forma(n) los siguientes términos: Acromegalia: ……………………………………………………………………………………………………………… Andrógenos: ……………………………………………………………………………………………………………….. Taquicardia: ……………………………………………………………………………………………………………… Hematuria: ……………………………………………………………………………………………………………… Eritropoyesis: ……………………………………………………………………………………………………………….. Miastenia: ………………………………………………………………………………………………………………- Carcinoma: ………………………………………………………………………………………………………………..

ACTIVIDAD Nº 6

Clínica En la facultad de Medicina se presenta el siguiente caso: hombre adulto de 35 años de aspecto cianótico, con antecedentes de cardiopatía, presenta arritmias y episodios de apnea. Utilizando las raíces, prefijos y sufijos presentados anteriormente, señale el significado Utilizando las raíces, prefijos y sufijos presentados anteriormente, señale el significado de los antecedentes del caso citado.de los antecedentes del caso citado.

……………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

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Libro N° 1– Unidad N° 2

Unidad 2 Teoría Celular y Niveles de Organización

(Unicelular,(Unicelular,(Unicelular,(Unicelular, multicelular,multicelular,multicelular,multicelular, eucariota)eucariota)eucariota)eucariota)

UNIDAD 2

TEORÍA CELULAR Y NIVELES DE

ORGANIZACIÓN

EN ESTA UNIDAD:

● Niveles de Organización de los

Seres Vivos

● Teoría Celular

● Características de los Sistemas

Vivos

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1. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS

La Biología es el estudio científico de la vida y se define a través de una jerarquía de organización. La vida requiere de materia, que es todo lo que ocupa espacio y tiene masa. La materia, tanto del universo biótico, organismos vivos, como del universo abiótico, está constituida por combinaciones de elementos químicos. En la Tierra, existen unos 92 elementos. Algunos de ellos nos resultan familiares, como el carbono, el oxígeno, el calcio y el hierro. Sin embargo, no todos los elementos son incorporados en iguales proporciones, lo que se verifica al observar que el carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), constituyen el 96 % del cuerpo humano.

Elementos del Cuerpo Humano

Elemento (Símbolo)

% Masa

O 65

C 18

H 10

N 3

Ca 1.5

P 1.2

K 0.2

S 0.2

Cl 0.2

Na 0.1

En el nivel celular, muchos tipos distintos de átomos y macromoléculas se asocian entre sí y forman células. Sin embargo, una célula es mucho más que una agrupación de átomos y moléculas, sino que “es la unidad estructural y funcional básica de la vida”, el componente más simple de la materia viva que es capaz de realizar todas las actividades vitales.

En los organismos pluricelulares, las células forman tejidos que a su vez se disponen en estructuras funcionales llamadas órganos. Un conjunto de órganos coordinadamente cumple funciones biológicas integrándose como un sistema de órganos. Los aparatos o sistemas de órganos se relacionan y cumplen sus funciones en forma coordinada y precisa estructurando el complejo organismo multicelular.

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Los organismos de una misma especie, que habitan en la misma área y en el mismo tiempo, constituyen una población. Las distintas poblaciones de organismos que interactúan en una misma área estructuran una comunidad biótica o biocenosis. El ecosistema es el nivel en que la comunidad o biocenosis se relaciona con el ambiente físico o abiótico llamado biotopo. Todos los ecosistemas equivalentes conforman un bioma, ejemplo, desierto de Atacama, desierto del Sahara, el desierto de Gobi, forman el bioma desierto; así todos los ecosistemas bosque templados formarán el bioma bosque templado.

ACTIVIDAD N° 1

Responda Una población está constituida por

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

La unidad estructural y funcional básica de la vida es la

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

La biocenosis al relacionarse con el …………………………… forman el ………………………………….

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Cada nivel de organización incluye a los niveles inferiores y constituye, a su vez, los niveles superiores (Figura 1). Y lo que es más importante, cada nivel se caracteriza por poseer propiedades que emergen en ese nivel y no existen en el anterior: las propiedades emergentes. Así, una molécula de agua tiene propiedades diferentes de la suma de las propiedades de sus átomos constitutivos -hidrógeno y oxígeno-. De la misma manera, una célula tiene propiedades diferentes de las moléculas que la forman, y un organismo multicelular tiene propiedades nuevas y diferentes de las células que lo constituyen. De todas las propiedades emergentes, sin duda, la más maravillosa es la que surge en el nivel de una célula individual, y es nada menos que la vida.

Átomo

Macromolécula

Molécula

QUÍM

ICA

BIO

LOGÍA

M

OLECULAR

BIO

LOGÍA

CELULAR

FIS

IOLOGÍA

ECOLOGÍA

Tejido

Órgano

Célula

Sistemas de órganos

Organismo

Población

Comunidad

Ecosistema

Bioma

Biosfera

Organelo

ACTIVIDAD N° 2

Complete a) Las siguientes imágenes representan distintos niveles de organización biológica. In-

dica en la línea de puntos a cuál corresponde cada una de ellas y luego ordena la secuencia correcta desde el nivel de menor complejidad al de mayor complejidad, asignando números del 1 al 5 en el paréntesis.

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) …………………… ………………… ……………………… ………………….. ……………………..

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ACTIVIDAD N°3

El siguiente esquema representa tres niveles de organización biológica. Si en el nivel

H emerge la vida:

G corresponde al nivel de organización....................................... F corresponde al nivel de organización.......................................

2. LA TEORÍA CELULAR

La célula fue descrita por Robert Hooke en el año 1665 al estudiar con el microscopio unas finas laminillas de corcho, las que estaban formadas por un entramado de fibras que dejaban una serie de espacios, que parecían “celdillas” de panales de las abejas, y por ello, las denominó células. Con el tiempo y el perfeccionamiento de los microscopios, se fue observando que las células estaban presentes en muchos tejidos de plantas y animales, reconociendo en su interior una masa viscosa denominada protoplasma o citoplasma y a un gránulo más o menos voluminoso, generalmente central, llamado núcleo. Finalmente, un botánico Schleiden (1804-1881) y un zoólogo Schwann (1810-1882) recogieron las observaciones y descripciones realizadas en plantas y animales respectivamente y formularon en 1839 el principio básico de la Teoría Celular.

Matthias Jakob Schleiden

Friedrich Theodor Schwann

30


Posteriormente sobre la base de todas estas investigaciones, en 1855, se estableció un principio que resultaría central para la biología. Rudolph Virchow (1821-1902) formuló la siguiente afirmación: toda célula procede de otra célula. En esos tiempos, la teoría celular se enfrentó con la Teoría Vitalista, según la cual la fuerza vital era una más de las fuerzas que gobiernan la naturaleza, como la fuerza gravitatoria o la fuerza eléctrica. Según esta teoría, los organismos vivos formados por materia inerte poseen un principio etéreo llamado principio vital, pero con el desarrollo de la Biología se observó que las distintas facetas de la actividad de los seres vivos se deben a la acción conjunta y coordinada de los numerosos elementos celulares que constituyen el organismo y no por esta fuerza comentada anteriormente. De esta manera se explica la génesis celular, la actividad nerviosa, el metabolismo celular, entre otros.

August Weismann (1834 – 1914), en 1880 postula que todas las células actuales tienen antecesores o una línea germinal que establece una continuidad en el tiempo, que no se interrumpe a través de las generaciones. La vida se caracteriza por una serie de propiedades que emergen en el nivel de organización celular. La teoría celular constituye uno de los principios fundamentales de la biología y establece que:

La célula como unidad estructural: Todos los organismos vivos están formados por una o más células. La estructura del organismo como un todo se debe a la es-pecial disposición de sus células y de las estructuras que éstas generan. La célula como unidad funcional: La mayoría de las reacciones químicas de un or-ganismo vivo, incluyendo los procesos liberadores de energía y las reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de las células. La célula como unidad de origen: Toda célula procede de la división de otra ante-rior. La célula como unidad de herencia: Las células contienen la información heredita-ria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula descendiente.

31



3. CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS VIVOS

Todos los sistemas vivos comparten propiedades y/o características comunes, tales como:

Membrana plasmática, que delimita al citoplasma, y cuya función principal es regular el intercambio de sustancias entre la célula y el exterior, manteniendo el medio intracelular constante dentro de ciertos límites permisibles (mecanismo de permeabilidad selectiva). Centro de almacenamiento de la información genética (ADN), y control de los procesos vitales (mecanismos de regulación de la expresión génica). Procesos metabólicos que le permite realizar las transformaciones químicas que hacen posible los procesos vitales de desarrollo, crecimiento y reproducción.

¿Cómo se clasifican los seres

vivos? Los organismos vivos se agrupan en tres

categorías principales llamadas dominios Archaebacteria, Eubacteria y Eukarya. Tanto las Archaebacterias como las

Eubacterias o Bacterias propiamente

tales son procariontes, es decir,

organismos carentes de estructuras

endomembranosas y más simples en su

constitución. Las Archaebacterias son las que prosperan en condiciones extremas,

soportan temperaturas superiores a 100º C

o inferiores de 0º C, concentraciones

salinas muy altas o pH extremos. Las

Eubacterias o simplemente Bacterias son aquellas que reconocemos como las que

c a u s a n e n f e r m e d a d e s , l a s

descomponedoras o las que se ocupan en

procesos industriales, como por ejemplo, la

fabricación del queso o yogurt.

El dominio Eukarya incluye a organismos

eucariontes, es decir, formados por células

con estructuras endomembranosas, más

complejas y más evolucionadas. Este

dominio comprende a los Protistas (Algas y Protozoos), Fungi (Hongo), Planta y Animal (Figura 2)

(Unicelular,(Unicelular,(Unicelular,(Unicelular, multicelular,multicelular,multicelular,multicelular, eucariota)eucariota)eucariota)eucariota)

Figura 2 .

32


REINOS DEL DOMINIO EUKARYA

RESUMEN

REINO CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

Planta

Todos los organismos de este reino son

multicelulares y autótrofos, realizan fotosíntesis,

y para ello poseen cloroplastos. Se distinguen

además por poseer pared celular y una gran

vacuola central cuya membrana se denomina

tonoplasto.

Animal

Todos los organismos de este reino son

multicelulares y son heterótrofos. Poseen

centriolos, carecen de pared celular y de una

gran vacuola central.

Protista

Presenta organismos uni y pluricelulares, y en

ellos se distinguen:

Protozoos: Organismos unicelulares

heterótrofos como el paramecio y la

ameba.

Protofito: Organismos unicelulares y

pluricelulares autótrofos, realizan la

fotosíntesis como el cochayuyo

(pluricelular), y diatomea (unicelular).

Fungi

Presenta organismos unicelulares como las

levaduras y pluricelulares como los

champiñones. Son heterótrofos.

Figura 3. Clasificación de los seres vivos

33



ACTIVIDAD N°4 Términos Pareados

A B Protistas ___ Halobacteria

Eubacterias ___ Araucaria

Fungi ___ Salmonella

Planta ___ Erizo de mar

Animal ___ Cochayuyo

Archaebacteria ___ Champiñones

ACTIVIDAD N° 5

Sobre Dominios, Reinos y tipos celulares indica con una (V) si es verdadero o una (F) si es falso, según corresponda. a) .......... El cochayuyo y las diatomeas se clasifican dentro del Reino Protista.

b) .......... Las bacterias y los protozoos están constituidos por células procariontes.

c) .......... Las células hepáticas (hígado) y las bacterianas poseen ADN.

d) .......... Organismos del Reino Animal y del Reino Protista poseen células con

estructuras endomembranosas.

e) .......... Las células procariontes NO poseen sistema de endomembranas.

f) .......... El Reino Animal y el Reino Planta solo poseen organismos multicelulares.

g) .......... La levadura pertenece al reino Fungi y es unicelular. h) .......... El musgo pertenece al reino Planta.


Para reforzar estos


34

Unidad 3 Biomoléculas

UNIDAD 3

BIOMOLÉCULAS

Disacáridos EN ESTA UNIDAD:

● Agua

● Sales y Minerales

● Proteínas

● Enzimas

● Lípidos

● Ácidos Nucleicos

35


1.COMPUESTOS INORGÁNICOS 1.1 AGUA

Presenta una estructura angular con polos

positivos en los hidrógenos y un polo

negativo en el oxígeno. Esta molécula es

eléctricamente neutra, sin embargo, la

diferencia de electronegatividad de los

átomos de O y de H provoca un

desplazamiento de los electrones hacia el

átomo de oxígeno. El resultado es que cada

uno de los dos átomos de hidrógeno posee

una carga local positiva (δ+), mientras que el

átomo de oxígeno ofrece una carga local

parcialmente negativa (δ-). Como

consecuencia la molécula no tiene carga

neta, constituye un dipolo eléctrico. Esta

polaridad provoca la atracción electrostática

entre las moléculas de agua formándose los

puentes de hidrógeno.

Figura 1. Modelo que representa una molécula

de agua.

La molécula de agua es el compuesto

más abundante en los seres vivos (de

un 65% a un 95% de su masa), este

porcentaje varía dependiendo del

metabolismo del organismo.

El desarrollo y la mantención de la vida

se deben gracias a la presencia de la

molécula de agua y a sus atípicas

características físico-químicas que se

presentan a continuación en la Figura 2

y Tabla 1.

Figura 2. El zapatero (Gerris lacustris) puede caminar sobre el agua gracias a la tensión superficial que posee esta última.

36


Propiedad Descripción Ejemplo de beneficio

para el cuerpo

Fuerte polaridad

Las moléculas polares de agua

atraen iones y otros

compuestos polares, haciendo

que se disocien.

Pueden disolverse en las

células muchos tipos de

moléculas, permitiendo

gran variedad de

reacciones químicas y el

transporte de numerosas

sustancias. Ejemplos:

Disolver moléculas polares

como el NaCl; El agua

como el compuesto más

abundante del plasma

sanguíneo.

Elevado calor

específico

El agua puede absorber una

gran cantidad de calor

mientras que su temperatura

solo asciende ligeramente.

Esto la convierte en un

buen aislante térmico

que mantiene la

temperatura interna de los

seres vivos a pesar de las

variaciones externas.

La temperatura corporal

permanece relativamente

constante.

Alto calor de

vaporización

El agua tiene la propiedad de

absorber mucho calor cuando

cambia del estado líquido al

gaseoso, por tanto, para que

una molécula se “escape” de

las adyacentes, han de

romperse las uniones entre

ellas y, para romper los

puentes de hidrógeno, se

necesita una gran cantidad de

energía.

La evaporación del agua

por la sudoración enfría el

cuerpo. Esta propiedad es

utilizada como mecanismo

de regulación térmica.

Tabla 1. Propiedades físico-químicas del agua y sus funciones en los seres vivos

37


ACTIVIDAD N°1

Propiedad Descripción Ejemplo de beneficio

para el cuerpo

Fuerza de cohesión

La cohesión es la tendencia de

las moléculas de agua a estar

unidas entre sí, esta caracterís-

tica la hace un líquido práctica-

mente incompresible.

Las moléculas de H2O interac-

cionan entre sí por puentes de

hidrógeno. De estas interaccio-

nes emerge la tensión superfi-

cial del agua.

El agua actúa como lubri-

cante o almohadón para

proteger frente a las lesio-

nes por fricción o trauma-

tismo.

Ejemplos: El agua presen-

te en las articulaciones y

en el líquido cefalorraquí-

deo.

Estados del agua

El agua, al descender la tem-

peratura, a partir de los 4º C,

empieza a aumentar su volu-

men y a disminuir su densidad.

Las capas de hielo en la-

gos y mares se mantienen

en la superficie, lo cual

aísla al medio acuático de

las bajas temperaturas

permitiendo el desarrollo

de una diversidad de seres

vivos.

1. ¿Por qué una botella de vidrio llena de agua se revienta al congelarse?

………………………………………………………………………………………………………………………………… 1.

2. ¿A cuál propiedad del agua le debemos su calidad de aislante término en nuestro organismo?

…………………………………………………………………………………………………………………………………..

3. ¿Por qué si sales de la piscina en un día caluroso y no te secas, sientes frío?

……………………………………………………………………………………………………………………………………

38


1.2 SALES MINERALES

En los sistemas vivos, las sales inorgánicas se encuentran básicamente de tres modos

diferentes:

Tabla 2. Sales disueltas, precipitadas y combinadas.

Disueltas

La mayor parte de las sales se hallan disueltas en medios acuosos,

formando electrolitos tal es el caso del Sodio (Na+), Potasio (K+),

Calcio (Ca2+), Cloruro (Cl-), Bicarbonato (HCO3-) y Fosfato (PO4

3-),

iones que participan en diversas reacciones químicas. Por ejemplo,

regulación de la acidez (pH) y formación de potenciales eléctricos.

Además, es muy importante considerar que sales como el Sodio

(Na+) y el Cloruro (Cl-) mantienen el equilibrio hidrosalino.

Precipitadas

Otras sales se encuentran precipitadas formando, de este modo,

estructuras sólidas y rígidas; tal es el caso del fosfato cálcico (Ca3 (PO4)2), que al precipitar sobre una matriz de proteínas fibrosas

forma los huesos.

Combinadas

Algunos iones inorgánicos, se encuentran formando parte de

moléculas orgánicas, como es el caso del hierro (Fe2+) en la

molécula de hemoglobina y el magnesio (Mg2+) en la clorofila.

También algunos iones se asocian a enzimas actuando como

cofactores enzimáticos.

39


FUNCIONES

Macrominerales

Calcio

Constituyente de huesos y dientes; participa en la transmisión del impulso nervios y la contracción muscular; factor de coagulación y cofactor enzimático.

Fósforo

Constituyente de huesos, dientes, ATP, intermediarios metabólicos fosforilados y ácidos nucleicos. Forman parte de los fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares.

Sodio Catión principal del medio extracelular. Regula volemia, balance ácido/base, función nerviosa y muscular, bomba Na+, K+-ATPasa.

Potasio Catión principal del medio intracelular, función nerviosa y muscular, bomba Na+/K+ - ATPasa.

Cloro Balance de electrolitos, constituyente del jugo gástrico.

Magnesio

Catión importante del líquido intracelular, esencial para la actividad de un sinnúmero de enzimas, para la transmisión neuronal y la excitabilidad muscular. Actúa como cofactor de todas las enzimas involucradas en las reacciones de transferencia de fosfato que utilizan ATP. Constituyente de la molécula de clorofila.

Azufre Se encuentra en dos de los 20 aminoácidos que constituyen a las proteínas, cisteína y metionina.

Microminerales

Yodo Constituyente de hormonas tiroideas (tiroxina), hormonas que intervienen en el metabolismo a nivel celular y sistémicos.

Flúor Incrementa dureza de huesos y dientes.

Hierro Presente en la hemoglobina para el transporte de oxígeno y dióxido de carbono.

Tabla 3. Algunos minerales esenciales en la nutrición humana.


Para reforzar estos


40


ACTIVIDAD N°2 Conteste

1. ¿Por qué están importante el consumo de leche sobretodo en la primera infancia?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

2. Si en el suelo falta el Mg2+ las hojas de las plantas se decoloran y se ven mustias.

Esto ocurre porque no pueden sintetizar la …………………………………………………………………………

3. Si la persona padece de anemia, por ello está pálida y con falta de ánimo, es posible

que esta situación sea producto de un déficit severo del ion………………………………………………

2. COMPUESTOS ORGÁNICOS 2.1 CARBOHIDRATOS

Son compuestos orgánicos formados por C, H, O. También son llamados glúcidos, azúcares o hidratos de carbono. Estos dos últimos nombres no son del todo apropiados, pues no todos son dulces, ni se trata de moléculas cuyos carbonos estén hidratados. Se clasifican según su complejidad en: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Los monosacáridos son los glúcidos más simples desde los cuales se construyen carbohidratos más complejos. Los disacáridos consisten en 2 monosacáridos unidos por un en lace covalente. Y finalmente los polisacáridos están construidos por grandes cantidades de los glúcidos anteriores formando macromoléculas de carbohidratos. En la Tabla 4 se muestra un resumen de estos glúcidos.

El azúcar está compuesto principalmente del disacárido

sacarosa.

El 90% del algodón esta compuesto por la macromolécula llamada

celulosa.

41


Carbohidratos Características Función

Fuente o localización

MONOSACARIDOS

Ribosa Pentosa ( C5H10O5 )

Precursor de nucleótidos y Ácidos nucleicos (RNA).

Citoplasma y núcleo.

Desoxirribosa Pentosa ( C5H10O4 )

Precursor de nucleótidos y Ácidos nucleicos (DNA)

Citoplasma y núcleo.

Glucosa Hexosa ( C6H12O6 )

Fuente de energía, estructural

Almidón, glucógeno, maltosa, lactosa, sacarosa, celulosa y quitina.

Fructosa Hexosa ( C6H12O6 )

Convertirse en glucosa y fuente de energía para el espermio.

Jugo de frutas, sacarosa y semen.

Galactosa Hexosa ( C6H12O6 )

Convertirse en glucosa. Estructural

Leche (lactosa).

DISACÁRIDOS

Maltosa Disacárido = glucosa + glucosa.

Fuente de energía.

Degradación incompleta del almidón. Semillas.

Sacarosa Disacárido = glucosa + fructosa.

Fuente de energía.

Remolacha, caña de azúcar.

Lactosa Disacárido = glucosa + galactosa.

Fuente de energía. Leche.

Tabla 4. Resumen de Carbohidratos

42


POLISACÁRIDOS

Almidón Polisacárido de glucosas.

Reserva de energía en las plantas.

Raíces, tallos, ho-jas de plantas.

Glucógeno Polisacárido de glucosas.

Reserva de energía en los animales.

Hígado, músculo esquelético.

Celulosa Polisacárido de glucosas.

Forma parte de la pared celular vege-tal. Otorga rigidez a células y tejidos.

Madera.

Quitina

Polisacárido de glucosas con nitrógeno.

Forma parte de la pared celular de hongos y del exoes-queleto de insectos.

Hongos e insectos

• FORMACIÓN DE ENLACE ENTRE MONOSACÁRIDOS La unión de los monosacáridos genera cadenas que van formando oligo y polisacáridos. Los enlaces formados se les denominan glucosídicos y solo se pueden romper mediante enzimas.

Figura 3. Cuando se unen dos monosacáridos a través de un enlace glucosídico se libera una molécula de agua, proceso llamado síntesis por deshidratación.

La hidrólisis es el proceso inverso en el cual se requiere de una molécula de agua por cada enlace que se requiere romper.

43


Figura 3. Hidrólisis de dos disacáridos. a) Maltosa y b) Sacarosa.

Figura 4. El almidón es un ejemplo de un polisacárido de almacenamiento en vegetales

44


Figura 5. La celulosa es un polisacárido estructural presente en la pared de la célula vegetal.

ACTIVIDAD N° 3 1. El proceso inverso a la reacción que forma el enlace glucosídico es la……………………… 2. Señale los disacáridos que se forman al experimentar una reacción de síntesis por

deshidratación:

glucosa + glucosa .............................

glucosa + galactosa .............................

glucosa + fructuosa .............................

→

→

→


Para reforzar estos


45


3. Términos pareados Carbohidrato Función

glucógeno ____ fuente de energía inmediata lactosa ____ forma parte de la pared celular glucosa ____ reserva de energía de los animales celulosa ____ reserva de energía de los vegetales almidón ____ nutriente presente en la leche

4. Complete

La enzima lactasa cataliza la hidrólisis de la lactosa y se obtiene como resultado los

productos:........................ y .......................

Las plantas en la fotosíntesis sintetizan glucosa en sus hojas y partes verdes, la

transportan como sacarosa por vasos conductores (floema), y la almacenan en

tallos y raíces en forma de ………………...

La hidrólisis de una molécula de maltosa origina:....................

y .............................

La hidrólisis de una molécula de sacarosa origina los siguientes monosacáridos:

........................... y .............................

5. Resuelva Al hidrolizar 1 molécula de maltosa, 2 moléculas de lactosa y 2 moléculas de

sacarosa se obtienen:

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

46


2.2 PROTEÍNAS

Las proteínas son los principales componentes de los seres vivos y son responsables de

una gran cantidad de funciones. Todas están formadas por la misma estructura básica,

aminoácidos, los cuales se unen por enlaces covalentes formando las proteínas

(polímeros).

Las proteínas son macromoléculas constituidas por C, H, O, N y en algunos casos poseen

también átomos de azufre (S).

Los aminoácidos son las unidades básicas que estructuran las proteínas, por lo tanto,

son sus monómeros. Están formados por un grupo amino (-NH2), y un grupo carboxilo

(-COOH). Ambos grupos están unidos a un mismo carbono (Figura 6).

Hay 20 aminoácidos diferentes,

comunes a todos los seres vivos existentes

en la tierra; no obstante, en las células se

encuentran otros que resultan de

transformaciones de uno o más de los 20

aminoácidos que se presentan

comúnmente. Figura 6. Fórmula general de un aminoácido

Un individuo necesita de un aporte constante de aminoácidos en la síntesis de sus proteínas. En los organismos heterótrofos algunos de éstos pueden ser sintetizados por el propio organismo a partir de otras moléculas; otros, en cambio, tienen que ser incorporados en la dieta. Los aminoácidos que deben ser incorporados se conocen como aminoácidos esenciales.

Los aminoácidos se unen entre sí a través

de enlaces peptídicos mediante síntesis

por deshidratación debido a que

durante este proceso se libera una

molécula de agua , por el contrario la

ruptura de este enlace se realiza

agregando H2O, proceso llamado

hidrólisis (Figura 7).

Figura 7. Formación de un dipéptido mediante síntesis por deshidratación.

47


La unión de dos aminoácidos origina un dipéptido; la de tres un tripéptido y así

sucesivamente a éstos se les denomina oligopéptidos. Mayores oligomerizaciones (10 a

100 residuos aminoacídicos), se les llama polipéptidos y sobre 100 se denominan

proteínas.

Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos. Cada una de ellas podría adoptar

infinidad de formas, pero in vivo solo presenta una, la más estable y la que permite el

desarrollo de su función; por lo que si experimentalmente se modifica la forma de la

proteína ésta inmediatamente pierde su función.

Figura 8. Esquema que muestra los niveles de organización proteica.

48


2.2.1 PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS

Sus propiedades físico-químicas dependen de su composición aminoacídica y de su

conformación. Las propiedades comunes a todas las proteínas son dos: la especificidad

y la desnaturalización.

Especificidad: Se refiere a que cada una de las especies de seres vivos es capaz de

fabricar sus propias proteínas (diferentes de las de otras especies) y, aún, dentro de

una misma especie hay diferencias proteínas entre los distintos individuos. Esto no

ocurre con los glúcidos y lípidos, que son comunes a todos los seres vivos. Esta

enorme diversidad proteica es consecuencia de las múltiples combinaciones entre los

aminoácidos, lo cual está determinado por el ADN de cada individuo. La especificidad

de las proteínas explica algunos fenómenos biológicos como: la compatibilidad o no de

trasplantes de órganos, sueros sanguíneos o los procesos alérgicos.

Desnaturalización o Denaturación: Este fenómeno ocurre cuando la proteína es

sometida a condiciones ambientales distintas a las que naturalmente tiene. La

desnaturalización se puede hacer mediante diversos medios físicos y químicos. Por

ejemplo, cambios de temperatura, valores extremos de pH, entre otros.

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS

Las proteínas son las más abundantes de los tejidos vivos y sanos. Dirigen

prácticamente la totalidad de los procesos vitales, incluso aquellos destinados a la

producción de ellas mismas. Sus funciones se relacionan con sus múltiples

propiedades, que son el resultado de la composición de aminoácidos, de la secuencia y

del modo en que la cadena se pliega en el espacio.

49


FUNCIÓN EJEMPLOS

ESTRUCTURAL

Ciertas glucoproteínas forman parte de las membranas y participan como receptores o facilitan el transporte de sustancias. Las proteínas del citoesqueleto, de las fibras del huso, de los cilios y flagelos. Proteínas que confieren resistencia y elasticidad a los tejidos, como el colágeno del tejido conjuntivo fibroso, la elastina del tejido conjuntivo elástico y la queratina de la epidermis.

HORMONAL La insulina y el glucagón (que regulan la glicemia), la hormona del crecimiento y la calcitonina (que regula la calcemia).

DEFENSIVA

La trombina y el fibrinógeno participan en la formación de coágulos, y por ende evitan las hemorragias. Los anticuerpos utilizados por el sistema inmune para atacar a los patógenos.

TRANSPORTE

La hemoglobina transporta O2, en vertebrados y la mioglobina, en el interior de la célula muscular. Las lipoproteínas transportan lípidos en la sangre y las proteínas transportadoras de la membrana plasmática regulan el paso de solutos y agua a través de ella.

CONTRÁCTIL La actina y la miosina son parte del músculo, responsables de la contracción muscular.

ENZIMÁTICA

Las enzimas son catalizadores de las reacciones químicas dentro de las

células, es decir, aceleran la velocidad de las mismas. Son numerosas y

altamente específicas.

Tabla 5. Funciones proteicas.

Proteína Función

Queratina

Glucagón

Fibrinógeno

Actina

Enzima

ACTIVIDAD N° 4

Anote frente a la proteína del cuadro la función que ésta cumple.

50


Figura 9. Las enzimas aceleran las reacciones químicas disminuyendo la energía de activación

2.2.2 ENZIMAS Las enzimas son proteínas que actúan como biocatalizadores que aceleran las reacciones químicas dentro de la célula sin transformarse ellas mismas en una molécula diferente. Las células transforman la energía que toman del entorno en energía química la que les permite realizar trabajos químicos, mecánicos u otros. Las reacciones químicas para su inicio requieren siempre de un aporte de energía llamada energía de activación. Las enzimas son un tipo especial de proteínas que aceleran las reacciones químicas tanto en el medio intra como en el medio extra celular. Esta aceleración se debe a la capacidad que tienen las enzimas en disminuir la barrera energética que impide que el sustrato se transforme en producto, energía de activación (Ea), de la reacción química, es decir, permiten que una reacción ocurra en un breve lapso de tiempo. La energía de activación (Ea) representa la energía mínima necesaria que deben alcanzar los reactantes (sustratos) para su transformación en productos.

51


• Propiedades de las enzimas: 1. Son altamente específicas. 2. Son de naturaleza proteica. 3. Aceleran las reacciones químicas. 4. Actúan en pequeñísimas cantidades. 5. No modifican el equilibrio de la reacción (se alcanza en menor tiempo). 6. Tienen una acción específica (actúan sobre un determinado sustrato). 7. Permanecen inalteradas al final de la reacción, por lo que son reutilizables. 8. Son sintetizadas por ribosomas libres o adheridos a membranas.

• Modelos de acción enzimática El primer modelo sugerido para explicar la interacción enzima-sustrato fue propuesto por el químico Emil Fisher, denominado modelo llave-cerradura, que supone que la estructura del sustrato y la del sitio activo son exactamente complementarias, de la misma forma que una llave encaja en una cerradura (Figura 10a). Estudios posteriores sugirieron que el sitio activo es mucho más flexible que una cerradura. La interacción física entre las moléculas de enzima y sustrato produce un cambio en la geometría del centro activo, mediante la distorsión de las superficies moleculares. Este modelo llamado encaje inducido impondría cierta tensión a las moléculas reaccionantes, facilitando aún más la reacción (Figura 10b).

a) b)

Figura 10. (a) En el modelo llave-cerradura los sustratos interactúan en forma precisa con el sitio activo. (b) En el modelo encaje inducido, la forma del sitio activo es complementaria del sustrato solo después que éste se une a la enzima.

52


La vida no sería posible sin la acción de las enzimas, ya que éstas son las que regulan todo el metabolismo celular . Esto quiere decir que cada proceso bioquímico ya sea catabólico (que libera energía) o anabólico (que consume energía) están regulados por estas proteínas. Por lo tanto es posible encontrar enzimas tanto en el citoplasma procariota como en el citoplasma eucariota o incluso en los organelos eucariotas. En estos últimos toma gran importancia ya que la compartimentalización de la membrana eucariota permite aislar ciertos procesos metabólicos en organelos sin que interfieran con el resto de reacciones que estén ocurriendo en la célula. Debido a su especificidad cada enzima cataliza una reacción, es por esto que para llegar a un producto final ya sea mucho más simple o mucho más complejo que la molécula inicial tiene que pasar por una serie de reacciones distintas, y por lo tanto por enzimas distintas para conseguir el producto final necesario para la célula como se indica en la figura 11)

Figura 11. Esquema de una vía metabólica, la cual la constituyen diferentes reacciones y diferentes enzimas para cada reacción.


Para reforzar estos


53


Considerando que la molécula Z es la fructosa, conteste lo siguiente:

1. ¿Cuál es el sustrato W?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………….

2. ¿Por qué ingresa una molécula de agua a la reacción?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………..

3. ¿Cómo se denomina la enzima E?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………….

4. ¿Cuál es el producto L?

………………………………………………………………………………………….

ACTIVIDAD N° 5

E

E

Complejo ES

W

Z

L

La figura representa una reacción enzimática.

54


2.3 LÍPIDOS

Constituyen una familia bastante heterogénea de biomoléculas, formada principalmente por C, H y O, en baja proporción. Lo único que tienen en común es su gran insolubilidad en agua (hidrofóbicas), además, no forman polímeros. Ácidos grasos: Presentan un grupo carboxilo (-COOH) unido a una cadena hidrocarbonada apolar (que puede ser saturada o insaturada). Es esta doble naturaleza la que permite considerarlos moléculas anfipáticas, es decir, que poseen un extremo hidrofílico afín al agua (carboxilo) y otro hidrófobo que rechaza el agua (cadena hidrocarbonada). Es por ello que, al aumentar el tamaño de la cadena apolar disminuye notablemente su solubilidad en agua, haciendo a los ácidos grasos naturales muy poco solubles en agua. Existen dos tipos de ácidos grasos: Saturados e insaturados. Los ácidos grasos saturados presentan enlaces simples entre sus átomos de carbono. Como no presentan ningún enlace doble cada átomo de carbono está saturado por átomos de hidrógeno. Los ácidos grasos insaturados presentan enlaces dobles entre los átomos de carbono que causan que la cadena hidrocarbonada se flexione. La presencia de simples o dobles enlaces trae consecuencias en el empaquetamiento de la molécula (Figura 12).

Figura 12. Esquema de dos ácidos grasos. El ácido palmítico es un ejemplo de una ácido graso del tipo saturado (no presenta dobles enlaces) en cambio el ácido linoleico es un ejemplo de un ácido graso insaturado presenta dobles enlaces).

55


ACTIVIDAD N° 6

RESPONDA En qué alimentos predominan triglicéridos originados a partir de ácidos grasos: Saturados:

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Insaturados:

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Los acilglicéridos o glicéridos, son lípidos constituidos por una molécula de glicerol (alcohol) a la cual se le pueden unir; uno (monoglicérido), dos (diglicéridos) o tres moléculas de ácidos grasos (triglicéridos). Los triglicéridos se clasifican según su estado físico, en aceites y grasas. Los aceites son líquidos a temperatura ambiente, pues los ácidos grasos presentes en él son del tipo insaturado de cadena corta y principalmente de origen vegetal; en cambio las grasas son sólidas a temperatura ambiente, pues los ácidos grasos presentes en él son del tipo saturado, de cadena larga y principalmente de origen animal.

Figura 13. Diagrama que muestra la formación de un triglicérido a partir de una molécula de glicerol más tres ácidos grasos del tipo saturado. El enlace se llama tipo éster o estérico y el proceso, esterificación o condensación. De derecha a izquierda se indica la hidrólisis.

56


Los triglicéridos son de importancia biológica debido a las múltiples funciones que cumplen, entre las cuales se encuentran: a. Reserva energética: A diferencia de muchas plantas, los animales solo tienen una

capacidad limitada para almacenar carbohidratos. En los vertebrados, cuando los azúcares que se ingieren sobrepasan las posibilidades de utilización o de transformación en glucógeno, se convierten en grasas. De modo inverso, cuando los requisitos energéticos del cuerpo no son satisfechos por la ingestión inmediata de comida, el glucógeno y posteriormente la grasa son degradados para llenar estos requerimientos. Las grasas y los aceites contienen una mayor proporción de enlaces carbono-hidrógeno ricos en energía que los carbohidratos y, en consecuencia, contienen más energía química. En promedio, las grasas producen aproximadamente 9,3 kilocalorías por gramo, en comparación con las 3,79 kilocalorías por gramo de carbohidrato, o las 3,12 kilocalorías por gramo de proteína.

b. Aislantes térmicos: Contra las bajas temperaturas. El tejido adiposo (que almacena grasa) está particularmente bien desarrollado en los mamíferos marinos.

c. Amortiguador: Grandes masas de tejido graso rodean a algunos órganos como, por

ejemplo, a los riñones de los mamíferos y sirven para protegerlos de una conmoción física. Estos depósitos de grasa permanecen intactos, aún en épocas de inanición.

Los fosfolípidos corresponden a una familia de lípidos anfipáticos que por

sus particulares propiedades físicas

estructuran membranas celulares. Se trata de lípidos polares que en

presencia de agua, espontáneamente

adoptan la estructura de bicapas

lipídicas (Figuras 3 y 4). Figura 14. Fosfolípido de membrana y esquema de un fosfolípido.

Figura 15. Bicapa lipídica. Disposición de los fosfolípidos que forman la membrana y su comportamiento con respecto al agua. Esta disposición de las moléculas de fosfolípido, con sus cabezas hidrofílicas expuestas al agua y sus colas hidrofóbicas agrupadas repeliendo el agua, forma la base estructural de las membranas celulares.

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También se clasifican como lípidos a los esteroides los cuales no se asemejan estructuralmente a los otros lípidos, pero se les agrupa con ellos porque son insolubles en agua. Pertenecen a este grupo el colesterol y sus derivados, las hormonas de la corteza suprarrenal (aldosterona, cortisol y andrógenos corticales), las hormonas sexuales femeninas (progesterona y estrógenos) y masculina (testosterona); también la vitamina D, los ácidos biliares.

Figura 16. Algunos integrantes de la familia de los lípidos esteroidales.

ACTIVIDAD N° 7

1. ¿Por qué son tan importantes los fosfolípidos? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

2. Señale las funciones de los triglicéridos en el organismo. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

3. Nombre cuatro hormonas de origen lipídico. ◊ _________________________

◊ _________________________

◊ _________________________

◊ _________________________


Para reforzar estos


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2.4 ÁCIDOS NUCLEICOS

Están formados por C, H, O, N y P. Son moléculas ácidas y actúan como depositarios y transmisores de la información genética de cada célula, tejido y organismo. Gran parte del desarrollo físico de un organismo a lo largo de su vida está programado en estas moléculas. Las proteínas que elaborarán sus células y las funciones que realizarán, están registradas en estas “disco duros” moleculares. Existen dos tipos de ácidos nucleicos, el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Cada uno de ellos está formado por la unión de monómeros (nucleótidos) similares, formando así una cadena polimérica. Todos los seres vivos contienen ambos tipos de ácidos nucleicos. • NUCLEÓTIDOS Constituyen la unidad monomérica de los ácidos nucleicos. Están formados por una base nitrogenada unida a una azúcar la que a su vez puede estar enlazada desde uno a tres grupos fosfatos. Los componentes de los nucleótidos son: Bases Nitrogenadas: compuestos cíclicos formados por átomos de carbono y

nitrógeno. Se clasifican en bases púricas (adenina y guanina) y pirimídicas (citosina, timina y uracilo).

Azúcar: molécula de cinco carbonos, por lo cual, se llama pentosa. Se puede utilizar

desoxirribosa (en ADN) o ribosa (en ARN y nucleótidos libres). Grupo fosfato: contiene fósforo unido a cuatro átomos de oxígeno.

Figura 17. Estructura química y representación de un nucleótido

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2.4.1 POLINUCLEÓTIDOS: ADN Y ARN Los ácidos nucleicos; ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico) son polímeros de nucleótidos cuya hidrólisis genera los siguientes componentes tal como lo muestra la tabla 2.

Tabla 6. Paralelo entre el ADN y ARN.

VARIABLES ADN ARN

PENTOSA desoxirribosa ribosa

BASES NITROGENADAS

Purinas (dos anillos)

adenina, guanina adenina, guanina

Pirimídicas (un anillo)

citosina, timina citosina, uracilo

ÁCIDO FOSFÓRICO H3PO4 H3PO4

• ADN (ácido desoxirribonucleico) Es el material genético que los organismos heredan de sus padres. En él están los genes, porciones específicas de la macromolécula de ADN, que programan las secuencias de aminoácidos y que corresponde a la estructura primaria de las proteínas. De este modo, y a través de las acciones de las proteínas, el ADN controla la vida de la célula y del organismo. El orden y disposición de sus bases nitrogenadas constituyen el medio por el cual la información es codificada y transmitida a la descendencia.

Figura 18. Modelo de la estructura del ADN, propuesto por Watson y Crick.

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El ADN es una macromolécula compuesta de dos cadenas polinucleotídicas que se disponen alrededor de un eje central imaginario formando una doble hélice, capaz de autorreplicarse y dirigir la síntesis de ARN. Dentro de cada cadena de ADN, el grupo fosfato de un nucleótido se enlaza con el azúcar (pentosa) del siguiente nucleótido de la cadena. Esta modalidad de enlazamiento produce un “esqueleto” de azúcares y fosfatos alternados unidos por enlaces covalentes. Así, las bases nitrogenadas conforman los “peldaños” de esta escalera de caracol. Estas dos hebras de ADN se mantienen unidas mediante puentes hidrógenos entre las bases. Los pares de bases están formados siempre por una purina (de mayor tamaño) y una pirimidina (de menor tamaño) siendo complementarias entre sí. De esta forma ambas cadenas están siempre equidistantes una de la otra. Los pares de bases adoptan una disposición helicoidal. En cada extremo de la doble hélice, una cadena de ADN termina en un fosfato libre y la otra en un azúcar libre, por lo tanto, se dice que están orientadas en sentidos opuestos (Figura 7). La adenina forma dos puentes de hidrógeno solo con la timina y la guanina forma tres puentes de hidrógeno con la citosina.

Los pares A-T y G-C son bases complementarias, y su presencia explica los resultados de Chargaff que indican que el número de bases de adenina es igual al de timina, así como el número de guanina es igual a las de citosina.

A+G = C+T

• Replicación del ADN Una vez que se comprobó que el ADN era el material hereditario y se descifró su estructura, lo que quedaba era determinar como el ADN copiaba su información y como la misma se expresaba en el fenotipo. Matthew Meselson y Franklin W. Stahl diseñaron el experimento que permitió determinar el método de la replicación del ADN. El ADN debe duplicarse en cada ciclo celular para que cada célula hija mantenga la misma cantidad y cualidad de información que la célula madre. Esta replicación es semiconservativa, ya que durante la duplicación, cada una de las hebras de la doble hélice sirve de molde para la síntesis de una nueva. Al final de este proceso, las dos nuevas cadenas de ADN tiene una cadena o hebra nueva y la que le sirvió de molde (vieja). El Proceso de replicación es complejo y en él intervienen una serie de enzimas.

Figura 19. Esquema de la replicación semiconservativa del ADN.

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ACTIVIDAD N° 8

Se realizó un experimento y se estableció el porcentaje de bases nitrogenadas en cuatro especies distintas, tal como se muestra en la siguiente tabla, Según la regla de Chargaff, complete los porcentajes en blanco de la tabla.

%

A T C G

Especie M 20 30

Especie N 10

Especie O 25

Especie P 40

• ARN (ácido ribonucleico) Existen tres tipos principales de ARN en las células eucariontas y procarionticas. Todos ellos son sintetizados a partir del ADN por un proceso llamado transcripción. Cada tipo de ARN desarrolla una función característica relacionada con la síntesis proteica. El ARN es un polirribonucleótido formado fundamentalmente por los ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y uracilo (en vez de la timina del DNA). La pentosa es la ribosa. Los RNA suelen ser monocatenarios y pueden presentar regiones de apareamiento intracatenarias.

ACTIVIDAD N° 9

ADN ARN

N° de hebras

Pentosa presente

Bases nitrogenadas presentes

Función

Anote en el cuadro las diferencias entre ADN y ARN según las variables señaladas.

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R

K H

A continuación, el esquema representa un segmento de una molécula ADN:

Considerando que en el segmento de ADN del esquema, la base nitrogenada señalada con una R es timina, conteste lo siguiente, fundamentado brevemente en la línea de puntos. a) ¿La base K es púrica?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………..

b) ¿La base H es pirimídica?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………..

c) El esquema representa un segmento de ADN. Si consideráramos la molécula ADN completa: ¿Es igual el número de bases púricas y pirimídicas? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………..

D) ¿Necesariamente habrá un 50% de bases enlazadas por dos puentes de hidrógeno y un 50% de bases enlazadas por tres puentes de hidrógeno?

………………………………………………………………………………………………………………………………………

Hebra A Hebra B

ACTIVIDAD N° 10


Para reforzar estos


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