C U R S O : BIOLOGA COMN MATERIAL BC-N 02

Unidad I. Organizacin, estructura y actividad celular. Niveles de organizacin y Teora Celular.

1. INTRODUCCINMillones de especies diferentes de organismos vivos pueblan la Tierra. La biologa, el estudio cientfico de la vida, se define a travs de una jerarqua de organizacin biolgica, desde biomolculas hasta biosfera. La vida se compone de materia, que es todo lo que ocupa espacio y tiene masa. La materia, incluso la que constituye los organismos ms complejos, est constituida por combinaciones de elementos. De elementos a macromolculas: En la Tierra, existen unos 92 elementos. Muchos son muy conocidos, como el carbono, el oxgeno, el calcio y el hierro, pero solo unos 25 de ellos son esenciales para la vida y slo cuatro; oxgeno (O), carbono (C), hidrgeno (H) y nitrgeno(N), constituyen el 97 % del cuerpo humano, que es un ejemplo tpico de la materia viva. En el nivel qumico, la partcula ms pequea de un elemento es el tomo, que al combinarse con tomos de dos o ms elementos diferentes, en proporciones definidas y constantes, originan los compuestos, molculas y macromolculas. De clula a biosfera: En el nivel celular, muchos tipos distintos de tomos y macromolculas se asocian entre s y forman clulas. Sin embargo, una clula es mucho ms que un montn de tomos y molculas, es la unidad estructural y funcional bsica de la vida, el componente ms simple de la materia viva que es capaz de realizar todas las actividades necesarias para la vida. En los organismos metacelulares, las clulas forman tejidos que a su vez se disponen en estructuras funcionales llamadas rganos. Un conjunto de rganos coordinadamente cumple funciones biolgicas integrndose como un sistema de rganos. Los aparatos o sistemas de rganos se relacionan y cumplen sus funciones en forma coordinada y precisa estructurando el complejo organismo multicelular. Los organismos de una misma especie, que habitan en la misma rea y en el mismo tiempo, constituyen una poblacin. Las distintas poblaciones de organismos que interactan en una misma rea estructuran una comunidad bitica o biocenosis. El ecosistema es aquel nivel en que la comunidad se relaciona con el ambiente fsico o abitico (biotopo). Los ecosistemas que tienen similar clima y tipo de suelo, tienen una flora equivalente y una fauna asociada tambin equivalente y pasan a formar el nivel de bioma. Todos los biomas de la Tierra forman la biosfera.

Figura 1. Niveles de organizacin biolgica.tomo

Molcula

Macromolcula

Cada nivel de organizacin incluye a los niveles inferiores y constituye, a su vez, los niveles superiores (Figura 1). Y lo que es ms importante, cada nivel se caracteriza por poseer propiedades que emergen en ese nivel y no existen en el anterior: las propiedades emergentes. As, una molcula de agua tiene propiedades diferentes de la suma de las propiedades de sus tomos constitutivos hidrgeno y oxgeno-. De la misma manera, una clula tiene propiedades diferentes de las de las molculas forman, y un organismo multicelular tiene propiedades nuevas y diferentes de las clulas que lo constituyen. De todas las propiedades emergentes, sin duda, la ms maravillosa es la que surge en el nivel de una clula individual, y es nada menos que la vida.

QUMICA

BIOLOGA MOLECULAR

Clula

BIOLOGA CELULAR

Tejido

FISIOLOGA

rgano

Sistemas de rganos

Organismo

Poblacin

Comunidad ECOLOGA

Ecosistema

Bioma

Biosfera

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2. TEORA CELULARLa clula fue descrita inicialmente por Robert Hooke (1665) al estudiar con el microscopio unas finas laminillas de corcho, dichas laminillas estaban formadas por un entramado de fibras que dejaban una serie de espacios, los cuales parecan celdillas de los panales de las abejas, y por ello las denomin clulas. En principio, esta descripcin pas como mera curiosidad, pero, con el tiempo y el perfeccionamiento de los microscopios, se fue observando que aquellas celdillas o clulas estaban presentes en muchos tejidos vegetales y animales. El contenido de stas estaba formado de una masa viscosa a la que se llam protoplasma o citoplasma y en la cual haba un grnulo ms o menos voluminoso al que se denomin ncleo. Finalmente, un botnico Schleiden (1804-1881) y un zologo Schwann (1810-1882) recogieron las observaciones y descripciones realizadas en vegetales y animales y formularon en 1839 el principio bsico de la Teora Celular. Posteriormente sobre la base de todas estas investigaciones, en 1855, se estableci un principio que resultara central para la biologa. Dos investigadores alemanes, Robert Remarck (1815-1865) y Rudolph Virchow (1821-1902) formularon la siguiente afirmacin: toda clula procede de otra clula. Recordemos que la teora celular se enfrent en sus comienzos con la Teora Vitalista, segn la cual la fuerza vital era una ms de las fuerzas que gobiernan la naturaleza, como la fuerza gravitatoria o la fuerza elctrica. Segn esta teora, los organismos vivos formados por materia inerte poseen un principio etreo llamado principio vital, pero con el tiempo se fue observando que las distintas facetas de la actividad de los seres vivos se deben a la accin 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 gnesis celular, la actividad nerviosa, el metabolismo celular, etc. La vida se caracteriza por una serie de propiedades que emergen en el nivel de organizacin celular. La teora celular constituye uno de los principios fundamentales de la biologa y establece que: Todos los organismos vivos estn formados por una o ms clulas. La estructura del organismo como un todo se debe a la especial disposicin de sus clulas y de las estructuras que stas generan. (La clula como unidad estructural). Las reacciones qumicas de un organismo vivo, incluyendo los procesos liberadores de energa y las reacciones biosintticas, tienen lugar dentro de las clulas. (La clula como unidad funcional). Toda clula procede de la divisin de otra anterior. (La clula como unidad de origen). Las clulas contienen la informacin hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta informacin pasa de la clula progenitora a la clula hija.

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An cuando toda clula existente respeta en principio la teora celular, existe una gran variedad de tamaos, formas, tipos y asociaciones celulares. No obstante esta gran diversidad, las clulas tienen propiedades y/o caractersticas comunes, tales como: Poseer una maquinaria metablica: que le permite realizar los procesos vitales de desarrollo, crecimiento y reproduccin. Poseer un centro de almacenamiento de la informacin gentica (DNA), y control de los procesos vitales (mecanismos de regulacin de la expresin gnica). Poseer una membrana plasmtica, que delimita al citoplasma, y cuya funcin principal es regular el intercambio de sustancias entre la clula y el exterior, manteniendo el medio intracelular constante dentro de ciertos lmites permisibles, (mecanismo de permeabilidad selectiva).

Los organismos se agrupan en tres categoras principales llamadas dominios (Bacteria, Archaea y Eukarya). Eukarya incluye cuatro reinos: Protista, Fungi, Plantae y Animalia, todos ellos eucariontes. Los organismos pertenecientes al dominio Bacteria forman el reino de las Eubacterias. En el dominio Archaea se pueden mencionar las archeobacterias acidfilas, termfilas y metanobacterias. Tanto las Eubacterias como las Archeobacterias son procariontes (Figura 1).

(Unicelular, multicelular, eucariota)

Figura 2. Clasificacin de los seres vivos en tres dominios y seis reinos (Woese 1990).

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Clasifique a los siguientes seres vivos segn: reino que pertenece; tipo de clula que posee y la organizacin celular. Tipo de Clula OrganismosAtn Escherichia coli Pino Levadura Paramecio Cochayuyo Cactus Champin Ameba

Organizacin celular Unicelular o Pluricelular

Reino

Procarionte o Eucarionte

En consecuencia, en los seres vivos se pueden encontrar solo dos tipos de clulas; la Procaritica y la Eucaritica, las cuales se diferencian esencialmente en la ausencia o presencia de ncleo, respectivamente. A continuacin se presenta una tabla que presenta las principales diferencias entre ambos tipos celulares:Tabla 1. COMPARACIN ESTRUCTURAL ENTRE CLULAS PROCARIONTES Y EUCARIONTES. Caractersticas Clula Procaritica Clula EucariticaEjemplo Eubacterias y Arqueobacterias. Lo habitual es de 0,5 10 m de dimetro. Libre en el citoplasma, sin histonas, DNA circular cerrado. Se suele designar el nombre de nucleoide al espacio que ocupa el DNA en el citoplasma de la bacteria. Ausente. Ms pequeos y livianos (70 S). No celulsica, sino de tipo glicopeptdica (peptidoglucano). Protistas (protozoos, algas), hongos, animales y vegetales. La mayora entre 10 50 m de dimetro. Encerrado en el ncleo por la envoltura nuclear, tiene una disposicin lineal, asocindose con protenas (histonas y no histonas), denominndose cromatina. Presente, con varios tipos de organelos tales como mitocondrias, cloroplastos, lisosomas, vacuolas, etc. Ms grandes y pesados (80 S). Ausente en clulas animales, presente en las clulas vegetales y algunos protistas (compuesta principalmente por celulosa). Presente en hongos (quitina). Cilios y flagelos a base de un esqueleto microtubular de tubulina. Presente, formada de bicapa lipdica y protenas, con colesterol.

Tamao

Presentacin del DNA

Compartimentalizacin citoplasmtica Ribosomas

Pared Celular

Locomocin

Flagelos, estructurados por una protena (flagelina). Presente, formada de bicapa lipdica y protenas, sin colesterol.

Membrana Plasmtica

S = es una unidad de coeficiente de sedimentacin (Svedberg). 1mm= 103 m = 106 nm m = 107 .

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PREGUNTAS1. Indique la secuencia correcta de menor a mayor nivel de complejidad de los siguientes niveles de organizacin biolgica: 1. tomo A) B) C) D) E) 1, 1, 1, 1, 3, 2, 3, 3, 3, 1, 3, 4, 2, 2, 2, 4, 2, 4, 5, 5, 5 5 5 4 4 2. clula 3. molcula 4. tejido 5. rgano

2. La principal diferencia entre clulas eucariontes y procariontes, radica en que estas ltimas A) B) C) D) E) carecen de endomembranas. no tienen material gentico. se originan a partir de los virus. no presentan membrana plasmtica. son las nicas que poseen ribosomas.

3. De los siguientes enunciados Cul no se deduce de la Teora Celular? A) B) C) D) E) todos los seres vivos estn formados por clulas. la clula puede vivir libre de otros sistemas vivos. la clula es la unidad estructural de los seres vivos algunas clulas son capaces de realizar reacciones qumicas de sntesis. la clula contiene informacin gentica que se pasa de una progenitora a su sucesora.

4. Los tipos celulares que no poseen un ncleo delimitado es muy probable que carezcan de A) B) C) D) E) ribosomas. mitocondrias. material gentico. membrana celular. metabolismo propio.

5. La levadura y el champin tienen en comn I) poseer ncleo definido. II) ser organismos unicelulares. III) pertenecer al mismo reino. A) B) C) D) E) Slo I Slo II Slo I y III Slo II y III I, II y III

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6. Tanto las clulas procariontes como las eucariontes presentan I) ribosomas. II) membrana celular. III) cido desoxirribonucleico. A) B) C) D) E) Slo I Slo II Slo III Slo I y II I, II y III

7. Sobre la Teora Celular, se puede afirmar correctamente que I) un botnico y un zologo son los primeros que sentaron las bases de la teora. II) la disposicin de las clulas de un organismo determina su estructura total. III) toda clula debe poseer un lmite que es la pared celular. A) B) C) D) E) Slo I Slo II Slo I y II Slo II y III I, II y III

8. El nivel de organizacin que precede al nivel de bioma, corresponde a A) B) C) D) E) comunidad. poblacin. organismo. ecosistema. biosfera.

9. Cul (es) de las siguientes estructuras es (son) comn(es) a toda clula? I) material gentico rodeado de membrana. II) lmite celular con funcin de transporte. III) protenas con funcin enzimtica. A) B) C) D) E) Slo I Slo II Slo I y II Slo II y III I, II y III

10. Si una clula posee ADN circular cerrado y libre en el citoplasma, se trata de una clula que no presenta I) cromatina. II) vacuola. III) colesterol. A) B) C) D) E) Slo I Slo II Slo III Slo II y III I, II y IIIDO-BC02 Puedes complementar los contenidos de esta gua visitando nuestra web http://www.pedrodevaldivia.cl/ 7