NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA

B I O T I C O S

A B I O T I C O S

Población: - Conjunto de individuos de la misma especie que viven en una misma zona y en un momento determinado. - No se estudian como individuos concretos, sino desde el punto de vista de las relaciones que ellos generan en el espacio y en el tiempo. Pluricelular: tejidos, órganos, sistemas, aparatos, organismos Celular: Unidades anatómicas y fisiológicas de los seres vivos - Unidades de materia viva constituidas por una membrana y un citoplasma. - Los seres vivos están formados por células y sean unicelulares o pluricelulares proceden de una célula inicial. Molecular: Los bioelementos forman las biomoléculas. - Las moléculas orgánicas son todas aquellas constituidas, básicamente, por átomos de carbono - Macromoléculas (polímeros de biomoléculas): almidón, proteínas, ácidos nucleicos Atómico: conformado por los átomos, que son la parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción. Subatómico: integrado por las partículas más pequeñas de la materia, como son los protones, los neutrones y los electrones Lo desconocido (?) partículas sub-elementales

4.600 Ma

3.500 Ma

CELULA

Características de las células vivas: 1- Presentan una membrana que las separa del medio circundante y les confiere identidad bioquímica 2- Presentan enzimas necesarias para las reacciones químicas 3- Tienen la capacidad de replicarse 4- Tienen la posibilidad de evolucionar mediante la producción de descendencia con variación Teoría celular: -Todos los organismos vivos están formados por células -Las reacciones ocurren dentro de la célula -Todas se originan de otras semejantes -Todas contienen material genético que transmiten a otras generaciones

TIPOS DE CÉLULAS

(diferentes patrones de organización)

Células Procariontes: dominio Archaea y Bacteria el ADN es una molécula grande y circular que presenta proteínas débilmente asociadas y se encuentra ubicado en una zona denominada nucleoide. Pelo o cilio Nucleoide Ribosomas

Material Genético ADN

Membrana plasmática Pared celular Cápsula Flagelo

Esquema de una Bacteria en forma de bastón

Corte delgado de la Bacteria Bacillus coagullans

Células Eucariontes: Dominio Eukarya el ADN es lineal, fuertemente unido a proteínas histónicas y una membrana nuclear doble separa al núcleo del resto del material celular, presentan organelas (compartimentos internos separados por membrana), en general son de mayor tamaño y contienen mayor cantidad de material genético. Composición: 59% Hidrógeno 24% Oxígeno 11% Carbono 4% Nitrógeno 2% Fósforo, Sulfuro, etc.

CELULA EUCARIONTE

MEMBRANA PLASMÁTICA

-Es una estructura laminosa, dinámica y fluida que hace una división de dos medios diferentes, esta ubicada en el exterior de la célula. -Formada por una doble capa de fosfolípidos (bicapa lipídica) en la que están englobadas ciertas proteínas. -Esta compuesta de: lípidos, proteínas y glúcidos en proporciones aproximadas de 40%, 50% y 10%, respectivamente. -Los lípidos funcionan como barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso externo. - Controla el contenido químico de la célula, es una barrera selectiva que permite el paso de oxígeno y nutrientes.

MEMBRANA PLASMÁTICA Matriz extracelular

Región hidrófila

Región hidrófoba

Región hidrófila

citosol Fosfolípido: cabezas hidrófilas colas hidrófobas

EL NUCLEO - Tiende a estar ubicado en una posición central. - Esta rodeado de una cubierta propia, que es la envoltura nuclear -Mantiene protegido al material genético y permite que las funciones de transcripción y traducción se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo. a) Membrana Nuclear: En una doble membrana llena de poros, la cual regula el intercambio de sustancias con el citoplasma. b) Jugo Nuclear (Carioplasma): Sustancia semilíquida, en él se encuentran suspendidos los cromosomas y el nucléolo. También se le llama Cariolinfa o Nucleoplasma. c) Cromosomas: Cintas trenzadas formadas por cromatina (ADN y proteínas) que se puede teñir. d) Nucléolo: Cuerpo esférico, ubicado dentro del núcleo. Almacenador de ARN (Ácido Ribonucleico). Pueden existir varios nucleolos en un mismo núcleo depende del tipo de célula.

NUCLEO

nucleolo cromatina Poro nuclear Membrana Externa e interna Poro complejo ribosoma

Lámina nuclear

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS Membranas que limitan compartimientos físicamente separados pero interconectados funcionalmente

Vacuolas y vesículas: almacenamiento y transporte de materiales

Retículo endoplasmático

Retículo endoplasmático: síntesis y transformación de moléculas Complejo de Golgi: modificación y empaquetamiento Lisosomas y Peroxisomas: digestión intracelular

ribosomas rugoso

liso

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

RER REL Aparato de Golgi

Lisosomas

Enzimas digestivas Lisosomas

vesícula

MP

Digestión alimento

Fagositosis: lisosomas digieren los alimentos

RIBOSOMAS Estructuras formadas por ARN ribosomal y proteínas Participan en la síntesis de proteínas Se encuentran en el citosol (ribosomas libres); en la parte externa del RE y de la envoltura nuclear

Ribosomas

ER

Citosol Retículo endoplasmático Ribosomas libres

Ribosomas de borde RIBOSOMA Subunidad grande

Subunidad chica

Transformadores de energía: MITOCONDRIAS En estas organelas se degradan moléculas orgánicas y se libera la energía química contenida en sus enlaces mediante un proceso que consume oxígeno: LA RESPIRACIÓN CELULAR mitocondria Espacio intermembranoso

-Están en casi todas las células -Tienen una membrana externa delgada -Tienen una membrana interna plegada formando crestas (superficies de trabajo en las que ocurren las reacciones químicas)

Membrana externa

Ribosoma libre en la matriz mitocondrial

Membrana interna crestas

ADN mitocondrial

matriz

CELULA VEGETAL

CELULA ANIMAL Flagelo Centríolo

Vacuola central

Cloroplasto Pared celular

Plasmodesmos

Lisosoma

Productores y almacenadores de hidratos de carbono: PLASTIDOS Celula vegetal

CLOROPLASTO

ribosoma ADN del cloroplasto

estroma Membranas externa e interna

Grana (conjunto de tilacoides) Tilacoide

Leucoplastos: almacenan almidón, aceites (raíces y tubérculos) Cromoplastos: pigmentos carotenoides (rojos y amarillos, frutas, flores, hojas en otoño, zanahoria) Cloroplastos: contienen clorofila y producen hidratos de carbono a partir de compuestos sencillos mediante la fotosíntesis y por la utilización de la energía

Celula vegetal

Vacuola central

citosol

Núcleo

Pared celular Cloroplasto

tonoplasto

Vacuola central

EL CITOESQUELETO: un sistema de andamiaje interno Las proteínas filamentosas forman interconexiones dentro del citoplasma Función: mantiene la organización de la célula y sus organelas le permite moverse y cambiar de forma dirige el tránsito celular Los centrómeros de Hay 3 integrantes principales del citoesqueleto: MICROTÚBULOS, FILAMENTOS DE ACTINA (MICROFILAMENTOS) Y FILAMENTOS INTERMEDIOS microtúbulos

microfilamentos

las células animales son microtúbulos

Teoría endosimbiótica (Lynn Margulis) Explica el origen de algunas organelas celulares, especialmente mitocondrias y cloroplastos. Hace aprox. 2500 m.a. cuando la atmósfera ya era rica en oxígeno, ciertas células procariontes aerobios habrían sido fagocitados por células de mayor tamaño sin que se produjera digestión posterior. Asociación simbiótica beneficia a ambos: huéspedes obtienen alimento y protección y la célula hospedadora mayores recursos energéticos.

Evidencias que sustentan la teoría: -Las mitocondrias contienen ADN propio (molécula continua y circular) diferente del nuclear y semejante a bacterias. -Presentan enzimas de membrana similares a las de bacterias - Las mitocondrias sólo se producen a partir de otras mitocondrias de la misma célula

LAS DIATOMEAS

Las diatomeas están dentro del grupo de las algas y son organismos eucariotas fotosintetizadotes, unicelulares o coloniales, microscópicas, que viven en agua dulce o marina constituyendo una parte muy importante del fitoplancton. Uno de los rasgos característicos de las células de diatomeas es la presencia de una cubierta de sílice (dióxido de silicio hidratado) llamado frústulo. Los frustulos muestran una gran diversidad de formas, algunos muy ornamentados y generalmente constan de dos partes asimétricas o valvas con una división entre ellas, de ahí el nombre del grupo. Muchas especies aparecen formando encadenamientos u otros agregados ordenados. La evidencia fósil sugiere que se originaron durante o antes del período Jurásico temprano. Las diatomeas son buenos indicadores paleoambientales, se distinguen por encontrarse en cualquier tipo de ambiente ya sea marino o dulceacuícola. También se encuentran en ambientes donde existen condiciones extremas de temperatura o salinidad.

LAS DIATOMEAS

Los frústulos de las diatomeas se sedimentan por gravedad cuando es digerida o muere la célula, dando origen a rocas sedimentarias como las diatomitas y moronitas. Las comunidades de diatomeas se están convirtiendo en una herramienta cada vez más popular para la determinación de las condiciones ambientales relacionadas a cuerpos de agua (indicadoras de estratificación o mezcla, temperatura, PH, salinidad) tanto del presente como del pasado. Esto puede ser útil en los estudios sobre la calidad del agua y el cambio climático. Además, se usan con muy buenos resultados como desinsectantes (pulguicidas, garrapaticidas,piojos y otros parásitos externos de pequeños animales) lo que en realidad sería una acción de desparasitante externo. Son usadas en ciencias forenses, ecología, arqueología y paleontología, industria (abrasivo, fertilizante, etc.)

frústulo

rafe

LAS DIATOMEAS Vistas en microscopio electrónico

recreo

DISTINTAS ESTRATEGIAS ENERGÉTICAS Organismos autótrofos: sintetizan moléculas orgánicas ricas en energía a partir de sustancias inorgánicas simples, no requieren moléculas orgánicas del exterior. Las plantas y muchos unicelulares son autótrofos fotosintéticos, utilizan la luz del sol como fuente de energía para las reacciones de síntesis química Hay bacterias quimiosintéticas que obtienen la energía de otras reacciones inorgánicas

Organismos heterótrofos: incorporan moléculas orgánicas del ambiente exterior, a las que degradan para obtener su energía. Los animales, los hongos y muchos unicelulares.

METABOLISMO Y ENERGÍA

Los sistemas vivos transforman la energía radiante del sol en distintos tipos de energía, como ser química y mecánica, que a su vez es utilizada por los seres vivos. Este flujo de energía es esencial para la vida.

En los organismos vivos, las funciones vitales se llevan a cabo a través de mecanismos que involucran millares de reacciones químicas. Todo el conjunto de estos mecanismos se conoce como METABOLISMO.

METABOLISMO Y ENERGÍA

La primera y la segunda LEY de la TERMODINAMICA permiten explicar los procesos energéticos de los organismos vivos Primera Ley: de conservación de la energía La Energía no se crea, ni se destruye, se transforma En las reacciones orgánicas: Energía total liberada = Energía útil + calor

Segunda Ley: dirección de los procesos naturales La Entropía del universo tiende a aumentar En las reacciones orgánicas: Energía útil = Energía total – Energía disipada

REACCIONES QUIMICAS EN LOS SERES VIVOS Reacciones químicas son trasformaciones energéticas donde la energía almacenada en los enlaces químicos se transfiere a otros recién formados. Los electrones se desplazan de un nivel de energía a otro, pasan de un átomo o molécula a otro/a ESTAS REACCIONES SE LLAMAN DE OXIDORREDUCCIÓN O REDOX LA PÉRDIDA DE ELECTRONES = OXIDACIÓN (la estructura que pierde se oxida) LA GANANCIA DE ELECTRONES = REDUCCIÓN (la estructura que gana se reduce)

Estas reacciones ocurren simultáneamente

REACCIONES QUIMICAS EN LOS SERES VIVOS

Actores claves: LAS ENZIMAS: son proteínas globulares formadas por cadenas polipeptídicas que aceleran la velocidad de las reacciones químicas, participan pero no sufren cambios permanentes. EL ATP (Adenosín Tri Fosfato): la moneda energética de la célula que puede disponerse y gastarse de inmediato. Es un nucleótido (formado por la base nitrogenada adenina, el azúcar de cinco carbonos ribosa y tres grupos fosfato). VIAS METABOLICAS: grupo de reacciones químicas en una serie ordenada de pasos (vías catabólicas, vías anabólicas y vías enzimáticas)

GLUCOLISIS Y RESPIRACION CELULAR Proceso catabólico que comprende reacciones de degradación, proveen los materiales necesarios para la biosíntesis C6 H12 O6

6CO2 + 6 H2O + energía (686 kcal/mol)

Oxidación de la glucosa

citoplasma glucólisis

mitocondria Respiración: Ciclo de Krebs Cadena transportadora de electrones

FOTOSINTESIS Proceso anabólico indispensable para la vida del planeta, provee oxígeno y construye macromoléculas con carbono que se usa como combustible. La clorofila a es el principal pigmento fotosintético Los fotosistemas son complejos captadores de luz = moléculas de pigmento + proteínas Hay dos tipos de fotosistemas en la membrana de un tilacoide: fotosistema II funciona primero y absorbe una longitud de onda de 680 nm El fotosistema I absorbe una longitud de onda de 700 nm Los dos fotosistemas juntos transforman energía para generar ATP y NADPH

CO2 + 2H2O + luz

(CH2O) + H2O + O2

(El oxigeno final procede del Agua)

FOTOSINTESIS

VIAS PARA LA FIJACION DEL CARBONO Plantas C4

Plantas C3

En las células del mesófilo ocurre la Fijación inicial del Carbono y en las células de la vaina el ciclo de Calvin

El proceso completo de la fotosíntesis ocurre en las células del mesófilo

Compuesto de cuatro carbonos

Células de la vaina sin cloroplastos Aceptor primario del CO2 RuBP (ribulosa bifosfato) Enzima RuBP carboxilasa Primer producto de la Fijación del CO2 es el fosfoglicerato o PGA compuesto de Tres Carbonos

cloroplastos

Aceptor primario del CO2 PEP (fosfoenolpiruvato) Enzima PEPcarboxilasa

Concentración alta de CO2 en las células de la vaina =hay fotosíntesis en días calurosos o secos con estomas cerrados

Plantas CAM: vía metabólica de plantas de ambientes secos y las suculentas (orquídeas, ananá, clavel del aire, cactus). La asimilación del CO2 ocurre de noche cuando la perdida de agua por transpiración es mínima a pesar de tener abiertos los estomas

Técnica analítica usada en la arqueología: determinación de la proporción de los Isótopos estables del carbono (12C, el 13C)

Los isótopos de un elemento químico son las variedades en las que se suelen presentar sus átomos. Existen en la naturaleza tres isótopos del carbono: el 12C, el 13C y el 14C. Son tres variedades de un mismo elemento químico, el carbono, cuyos núcleos contienen el mismo número de protones (seis), pero un número diferente de neutrones (seis, siete y ocho), lo que les hace, a pesar de tener propiedades químicas semejantes, tener una masa atómica diferente: doce, trece y catorce. Casi el 99 % del CO2 atmosférico es del tipo que contiene el carbono ligero 12C. Una pequeña parte, el 1,1 % del CO2 , es algo más pesado, ya que contiene 13C. Y finalmente existe también en la atmósfera, en muy pequeña proporción, un tipo de CO2 que contiene 14C, que es radiactivo e inestable y cuyas aplicaciones son fundamentalmente paleocronológicas. Las plantas C3 producen menores proporciones de 13C/12C Las plantas C4 producen mayores proporciones de 13C/12C El 85 % de las plantas superiores son del tipo C3 (casi todas las arbóreas) y tienen unos valores de d13C muy bajos, entre –22 ‰ y –30 ‰. El otro 15 % de las plantas son del tipo C4. En su mayoría son hierbas tropicales y tienen unos valores de d13C más altos, entre –10 ‰ y –14 ‰.

El valor d13C del carbono de los paleosuelos depende en gran parte del tipo de planta que ha crecido en ellos. Es menor cuando han dominado las plantas C3 y mayor cuando han proliferado las del tipo C4. Por eso, el estudio de las variaciones de d13C en los paleosuelos continentales nos puede dar indicaciones del tipo de plantas, C3 o C4, que han predominado en determinados períodos.

Indirectamente, el valor d13C de los paleosuelos puede también indicarnos la evolución de la concentración de CO2 atmosférico. Ocurre que con concentraciones elevadas de CO2 , las plantas de tipo C3 se ven favorecidas con respecto a las plantas de tipo C4, ya que las plantas de tipo C3 requieren menos energía para realizar la fotosíntesis. Por el contrario, cuando la concentración de CO2 es baja, aumentan las del tipo C4, ya que poseen un mecanismo de concentración de CO2 que las favorece. Por lo tanto, cuanto menor sea d13C en el paleosuelo analizado, más probabilidad hay de que la concentración de CO2 haya sido alta. Y viceversa.

La concentración de carbono 13 de las plantas también puede indicarnos la existencia de los períodos de sequía. Durante las sequías algunas plantas tienden a cerrar sus estomas para perder menos agua. Entonces, al haber disponible menos CO2 entrante, las plantas discriminan menos al carbono 13 y su concentración en los azúcares aumenta. Mapas de sequías ocurridas en los últimos siglos en el suroeste de Estados Unidos han sido confeccionados a partir del estudio de carbono 13 en anillos de árboles (Leavitt, 2007).

Arqueología: análisis de isótopos estables en muestras óseas humanas (Novellino y Guichon, 1999; Yacobaccio et al. 2001) o animales (McFadden et al., 1999). Se analiza la proporción de isótopos estables del C presente en el colágeno de los huesos o en el esmalte de los dientes. Inferencias acerca de paleodietas (de cazadores recolectores o agricultores; animales pastadores, etc.)