lo que vamos a - edelvives.com · 03 la herencia cromosÓmica 1. genética y herencia biológica 52...
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01 LA CÉLULA 1. Niveles de organización de la materia viva 10 2. La microscopía y el descubrimiento de la célula 123. La célula procariota 154. La célula eucariota 16ACTIVIDADES 4
02 LA REPRODUCCIÓN CELULAR 1. Los ácidos nucleicos 30 2. Los cromosomas 34 3. La reproducción celular 37 4. El ciclo celular eucariota 39 5. La meiosis 42ACTIVIDADES 44
03 LA HERENCIA CROMOSÓMICA 1. Genética y herencia biológica 52 2. Los experimentos de Mendel 55 3. Las leyes de Mendel 56 4. Series alélicas 61 5. Genes ligados 62 6. Genética del sexo 63 7. Enfermedades genéticas 65ACTIVIDADES 68
04 LA HERENCIA MOLECULAR 1. Funciones de los ácidos nucleicos 74 2. Las mutaciones 78 3. Ingeniería genética 81 4. La clonación 85 5. La bioética 87ACTIVIDADES 88
LO QUE VAMOS A APRENDERPARA QUE LAS COSAS OCURRAN
BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA
08 ESTRUCTURA Y REGULACIÓN DE LOS ECOSISTEMAS 1. Los componentes del ecosistema 162 2. Los factores abióticos del ecosistema 163 3. Adaptaciones a los factores abióticos 164 4. Los factores bióticos del ecosistema 167 5. Adaptaciones a los factores bióticos 170 6. Autorregulación de los ecosistemas 171ACTIVIDADES 176
09 LAS RELACIONES TRÓFICAS EN LOS ECOSISTEMAS 1. Los niveles tróficos 182 2. Flujo de materia y energía 183 3. Los ciclos biogeoquímicos 184 4. Cadenas y redes tróficas 187 5. Los parámetros tróficos del ecosistema 188 6. Las pirámides tróficas 190 7. Sucesión ecológica 191ACTIVIDADES 192
10 IMPACTOS EN LOS ECOSISTEMAS 1. El ser humano y el medioambiente 198 2. Impactos ambientales en los ecosistemas 199 3. Recursos naturales 204 4. La gestión de los residuos 205 5. La gestión sostenible del planeta 208 6. Prevención del deterioro de los ecosistemas 209ACTIVIDADES 212
EXPERIMENTA EN CIENCIA 216
05 ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS 1. Teorías sobre el origen de la vida 94 2. Fijismo frente a evolucionismo 97 3. Evidencias de la evolución 100 4. Base genética de la variabilidad 102 5. Adaptación y especiación 104 6. Teorías evolutivas actuales 106 7. Clasificación y evolución humana 107ACTIVIDADES 110
06 ORIGEN, ESTRUCTURA Y DINÁMICA DE LA TIERRA 1. Origen de la Tierra y del Sistema solar 118 2. El interior de la Tierra: la geosfera 119 3. Alfred Wegener y la deriva continental 122 4. Harry Hess y la expansión del fondo oceánico 123 5. La teoría de la tectónica de placas 124 6. Las deformaciones de la corteza terrestre 130 7. El relieve terrestre y su representación 133ACTIVIDADES 134
07 LA GEOLOGÍA HISTÓRICA1. Desarrollo de la geología histórica 1402. La geocronología 1413. Las unidades geocronológicas 1464. Los cortes geológicos 152ACTIVIDADES 156
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10 | EL CUERPO ES UNA COMUNIDAD FORMADA POR SUS INNUMERABLES CÉLULAS O HABITANTES
1 NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA VIVALa materia se organiza en una serie de niveles sucesivos cuyo grado de comple-jidad es creciente. Cada uno de ellos engloba a los niveles inferiores y, a su vez, forma parte de los superiores.
Estos niveles son el atómico, el molecular, el celular, el pluricelular, el de población y el de ecosistema.
NIVEL ATÓMICO
El nivel atómico está compuesto por bioelementos, que son los elementos químicos que forman la materia viva.
Los bioelementos más abundantes son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre.
NIVEL MOLECULAR
El nivel molecular está formado por biomoléculas, esto es, moléculas que integran la materia viva y que resultan de la unión de los bioelementos me-diante enlaces químicos. Este nivel integra varios subniveles: moléculas, macromoléculas, complejos supramoleculares y orgánulos celulares.
Niveles bióticos y abióticosLas funciones vitales características de la vida (nutrición, relación y reproducción) aparecen a partir del nivel celular; de ahí que este nivel y los superiores se consideren niveles bióticos, mientras que los inferiores al nivel celular conforman los niveles abióticos.
Son biomoléculas de bajo peso molecular.
Se incluyen aquí las biomoléculas inorgánicas (agua y sales minerales) y las biomoléculas orgánicas de bajo peso molecular (glúcidos, como los monosacáridos y los disacáridos; lípidos, aminoácidos y nucleótidos).
Son biomoléculas de elevado peso molecular formadas por la polimerización (unión) en cadena de unidades más pequeñas llamadas monómeros.
Comprenden glúcidos, como los polisacáridos, además de proteínas (cadenas de aminoácidos) y ácidos nucleicos (cadenas de nucleótidos).
Moléculas
Ribosa (monosacárido). Proteína insulina.
Se trata de agrupaciones estructurales y funcionales de varios tipos de moléculas y macromoléculas.
Son ejemplos la membrana plasmática de las células (formada por lípidos y proteínas) o los virus (asociaciones de ADN o ARN con proteínas).
Son el resultado de la interacción estructural y funcional de varios complejos supramoleculares.
Los orgánulos son la base del funcionamiento de la célula.
Se incluyen aquí el núcleo celular, las mitocondrias y los cloroplastos.
Complejos supramoleculares
Membrana plasmática.
Orgánulos celulares
Cloroplasto.
Macromoléculas
01 | LA CÉLULA | 11
NIVEL CELULAR
El nivel celular está formado por células, que constituyen la unidad biológica fundamental dotada de vida propia.
La célula es un conjunto altamente organizado de moléculas, macromoléculas, complejos supramoleculares y orgánulos celulares, capaz de realizar todas las actividades asociadas a la vida: nutrición, relación y reproducción.
Cabe distinguir dos tipos de células: procariotas, que no forman organismos pluricelulares, y eucariotas, que pueden constituir organismos unicelulares o asociarse formando organismos pluricelulares.
NIVEL PLURICELULAR
El nivel pluricelular incluye los seres vivos constituidos por más de una célula eucariota.
Los individuos u organismos pluricelulares poseen tipos celulares diferentes y especializados en la realización de diversas funciones. Se asocian estructural y funcionalmente en niveles de organización de complejidad creciente: nivel tisular, nivel de órgano y nivel de aparato y de sistema.
NIVEL DE POBLACIÓN
El nivel de población está integrado por el conjunto de individuos de una especie que viven en una misma zona en un momento determinado y se influyen mutuamente.
NIVEL DE ECOSISTEMA
El nivel de ecosistema incluye las diferentes poblaciones consideradas junto con el medio en el que habitan y las in-terrelaciones que se producen entre ellas y con su entorno.
Nivel tisular Nivel de órgano Nivel de aparato y sistema
Es la agrupación de células eucariotas similares que actúan de forma conjunta y coordinada para desempeñar una función concreta, por ejemplo el tejido nervioso.
Es la asociación anatómico-funcional de varios tejidos que funcionan de manera coordinada para llevar a cabo una función determinada. Un ejemplo es el cerebro.
Es la agrupación organizada de varios tipos de órganos que actúan coordinadamente para el desempeño de una función. El sistema nervioso ilustra este apartado.
12 | EL CUERPO ES UNA COMUNIDAD FORMADA POR SUS INNUMERABLES CÉLULAS O HABITANTES
El descubrimiento y estudio de la célula es un hecho ligado al invento y al perfeccionamiento de los sistemas ópticos de aumento: los microscopios. Las imágenes microscópicas se denominan micrografías.
2 LA MICROSCOPIA Y EL DESCUBRIMIENTO DE LA CÉLULA
Max Knoll y Ernst Ruska inventaron el microscopio electrónico, que usa
chorros de electrones acelerados en un tubo de vacío en lugar de luz visible.
Produce hasta un millón de aumentos, con una extraordinaria resolución
y nitidez.
1939
Los ópticos holandeses Hans Janssen y su hijo Zacharias construyeron el
primer microscopio.
Estaba formado por dos tubos de latón, cada uno dotado de una lente, que se
deslizaban dentro de un tercer tubo, lo que permitía el enfoque.
1590
Gracias al primer microscopio, el botánico inglés Robert Hooke descubrió la existencia de pequeñas celdillas rectangulares huecas en el corcho, a las que denominó células. Lo que Hooke observó fueron las paredes de celulosa de las células muertas del corcho.
1665
El comerciante de tejidos holandés Anton van Leeuwenhoek diseñó
un microscopio simple que usaba una sola lente y era capaz de ampliar hasta
270 veces el tamaño de los objetos con una gran nitidez.
1670
Gracias a este microscopio, Van Leeuwenhoek descubrió pequeños organismos vivos en aguas estancadas, a los que denominó animálculos.
Estos animálculos eran bacterias y protozoos.
1674
El óptico inglés Joseph Jackson Lister construyó el primer microscopio óptico
compuesto moderno, que resultó decisivo en el desarrollo y la expresión
de la teoría celular.
1820
Gracias al primer microscopio óptico, el botánico escocés Robert Brown descubrió la existencia en las células de un punto brillante central, al que denominó núcleo y que consideró como un componente esencial y constante de las células.
1831
Gracias al microscopio electrónico, pudieron describirse con detalle los orgánulos celulares. Las micrografías electrónicas son en blanco y negro, aunque con frecuencia se colorean por ordenador.
01 | LA CÉLULA | 13
2.1 LA TEORÍA CELULARLa teoría celular define la célula como la unidad estructural, funcional, reproductiva y genética del ser vivo.
2.2 COMPONENTES BÁSICOS DE LA CÉLULALas células poseen tres componentes esenciales: membrana plasmática, citoplasma y material genético.
Unidad estructural Unidad funcional Unidad reproductiva Unidad genética
La célula constituye la unidad básica del ser vivo.
Esto significa que todo ser vivo está formado por, al menos, una célula.
La célula es la unidad básica capaz de mantener su propia existencia a través de las funciones de nutrición y relación.
La célula es la unidad básica de reproducción, ya que toda célula se origina a partir de la división de otra célula preexistente.
La célula es la unidad básica de herencia, pues contiene la información hereditaria necesaria para regular su propio funcionamiento, así como para transmitir dicha información a sus células hijas.
Los científicos que desarrollaron la teoría celular
El botánico alemán Matthias Schleiden dio forma a la teoría celular en las plantas. Tras observar gran cantidad de tejidos vegetales al microscopio, concluyó que todos ellos estaban
compuestos por unidades individuales: las células.
El médico alemán Rudolf Virchow extendió la teoría celular al origen de las células: demostró que toda célula tiene su origen en la división de otras células preexistentes. Sintetizó esta idea en
la frase omnis cellula e cellula.
El médico alemán Theodor Schwann extendió la teoría celular a los animales, al comprobar que los tejidos animales también
estaban compuestos por células. La única excepción la constituía el tejido nervioso, que exhibía un aspecto reticular y no parecía
estar formado por células.
El médico español Santiago Ramón y Cajal generalizó la teoría celular, al demostrar que el tejido nervioso también
estaba formado por células. Para ello, usó en sus preparaciones microscópicas de tejido nervioso técnicas
de tinción con nitrato de plata.
1838 1858
1839 1888
Membrana plasmáticaEs la estructura que delimita la célula y regula el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior celular.
CitoplasmaEs el medio interno fluido que contiene todos los componentes y estructuras celulares y en el que tienen lugar las reacciones químicas que garantizan la vida de la célula.
Material genéticoEstá constituido por las moléculas de la herencia: los ácidos nucleicos, que controlan el funcionamiento y reproducción de la célula.
14 | EL CUERPO ES UNA COMUNIDAD FORMADA POR SUS INNUMERABLES CÉLULAS O HABITANTES
2.3 TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULARSe distinguen dos tipos de células en función de su grado de complejidad: células procariotas y células eucariotas.
• Carecen de núcleo. Su material genético se sitúa en una región central del citoplasma: el nucleoide, que no está rodeado por ninguna envoltura nuclear.
• No poseen membranas internas, por lo que carecen de orgánulos citoplasmáticos delimitados por membrana.
• Su tamaño oscila entre 0,5 µm y 5 µm.
• No forman organismos pluricelulares.
• Son las células propias de las bacterias.
Células procariotas
• Poseen un núcleo que está delimitado por una envuelta nuclear doble y en cuyo interior se aloja el material genético.
• Disponen de membranas internas que circundan los orgánulos citoplasmáticos que las componen.
• Su tamaño medio es más de diez veces superior al de las células procariotas.
• Forman organismos unicelulares y pluricelulares.
• Pueden ser células eucariotas animales y células eucariotas vegetales.
Células eucariotas animalesSon heterótrofas, lo que significa que tienen que incorporar materia orgánica ya elaborada, dado que no tienen la capacidad de fabricarla a partir de materia inorgánica.
Son propias de los animales, y los protozoos y los hongos.
Células eucariotas vegetalesSon autótrofas, es decir, fabrican directamente la materia orgánica a partir de materia inorgánica y de la energía de la luz del sol. Este tipo de metabolismo recibe el nombre de fotosíntesis.
Son propias de las plantas y las algas.
Células eucariotas
La forma de las células procariotasLas formas más comunes que adoptan las bacterias son las siguientes: esféricas (cocos), alargadas (bacilos), curvas (vibrios) y onduladas (espirilos).
Cocos
Vibrios Espirilos
Bacilos
La forma de las células eucariotasLas células eucariotas animales suelen ser esféricas, mientras que las vegetales presentan formas poliédricas.
No obstante, en los organismos pluricelulares, en los que existe una especialización y división del trabajo, la forma de la célula viene condicionada por la función que desempeñe. Así, las células musculares son alargadas y las nerviosas disponen de largas prolongaciones, por mencionar un par de ejemplos.
01 | LA CÉLULA | 15
En las células procariotas se diferencian los siguientes componentes: mem-brana plasmática, pared bacteriana, citoplasma, nucleoide, plásmidos y ribosomas.
Además, algunas células procariotas poseen cápsula, flagelos y fimbrias.
3 LA CÉLULA PROCARIOTA
CápsulaEs la envoltura viscosa que recubre externamente la pared bacteriana en algunos grupos de bacterias. Protege de la desecación.
Pared bacterianaEs una envoltura rígida compuesta por peptidoglucano y situada entre la membrana plasmática y la cápsula. Protege y mantiene la forma de la bacteria.
Membrana plasmáticaEsta envoltura, compuesta por fosfolípidos y proteínas, rodea y delimita el citoplasma y regula el intercambio de sustancias.
CitoplasmaEs un medio fluido compuesto por agua, sales, glúcidos, lípidos, aminoácidos, nucleótidos, ácidos nucleicos y proteínas. En él se producen las reacciones metabólicas.
NucleoideEn esta región, que no está delimitada por ninguna membrana, se localiza el ADN circular. Controla las actividades celulares.
PlásmidoSe trata de una pequeña molécula de ADN circular que se halla dispersa por el citoplasma. Aporta información genética adicional a la contenida en el nucleoide.
RibosomaEs una partícula compacta no delimitada por membrana, que está formada por ARN ribosómico y proteínas. Fabrica las proteínas celulares.
Fimbria o pilus (pili en plural)Esta prolongación proteica tubular interviene en los procesos de adherencia celular e intercambio de material genético entre bacterias.
FlageloEs un apéndice filamentoso largo y fino, compuesto por la proteína flagelina y dotado de movimiento giratorio. Facilita el desplazamiento de la bacteria.
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Citoesqueleto procariotaEn la década de 1990 se descubrió en el citoplasma de las células procariotas un citoesqueleto formado por filamentos proteicos estructurales, implicados en el mantenimiento de la forma de la bacteria y en la división del citoplasma durante la reproducción celular.
16 | EL CUERPO ES UNA COMUNIDAD FORMADA POR SUS INNUMERABLES CÉLULAS O HABITANTES
Las células eucariotas se estructuran en membrana plasmática, citoplasma y núcleo. Además, pueden poseer pared celular y cilios o flagelos.
Por su parte, el citoplasma está integrado por el citosol, el citoesqueleto y los orgánulos citoplasmáticos.
Los orgánulos citoplasmáticos se pueden clasificar según dispongan o no de membranas que los delimiten y en función de si estas membranas son simples o dobles. La mayoría de ellos son comunes para la célula eucariota animal y la vegetal, pero algunos son exclusivos de estos tipos celulares.
ORGÁNULOS
DELIMITADOS POR MEMBRANA SENCILLA
DELIMITADOS POR MEMBRANA DOBLE
NO DELIMITADOS POR MEMBRANA
Célula animal
Célula vegetal
Célula animal
Célula vegetal
Célula animal
Célula vegetal
Retículo endoplasmático
Aparato de Golgi
Lisosoma
Vacuola
Mitocondria
Cloroplasto
Ribosoma
Centrosoma
4 LA CÉLULA EUCARIOTA
Vacuola
Citoesqueleto
Cloroplasto
Mitocondria Ribosomas
Aparatode Golgi
NúcleoLisosoma
Retículoendoplasmático
Centrosoma
Pared celular
Membrana plasmática
Las células de los hongosLas células de los hongos son eucariotas heterótrofas, similares a las células animales, aunque también poseen pared celular, como las vegetales, y orgánulos propios, como los cuerpos de Woronin.
Otros orgánulos celulares: los microcuerposBajo este nombre se agrupan vesículas citoplasmáticas delimitadas por una membrana sencilla que no pueden distinguirse morfológicamente al microscopio. Las diferencias entre ellas son exclusivamente metabólicas.
Los microcuerpos más importantes son los peroxisomas (presentes en células animales y vegetales y relacionados con procesos oxidativos), los glioxisomas (exclusivos de las células vegetales y relacionados con la síntesis de glúcidos a partir de lípidos) y los cuerpos de Woronin (característicos de las células de los hongos y relacionados con la comunicación entre las células de los hongos filamentosos).
Peroxisomas
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4.1 MEMBRANA PLASMÁTICALa membrana plasmática es un complejo supramolecular, integrado por lípi-dos y proteínas, que delimita la célula.
La base estructural de la membrana plasmática es una bicapa fluida formada por fosfolípidos, en la que se disponen proteínas distribuidas de forma irre-gular y asimétrica.
En las células animales, además de fosfolípidos, existen cantidades variables de colesterol y en su superficie externa tienen adheridas cadenas cortas de glúci-dos (oligosacáridos).
Las principales funciones de la membrana son:
• Delimita y protege la célula.
• Regula el intercambio de sustancias entre los medios intra y extracelular.
4.2 PARED CELULARLa pared celular es una cubierta gruesa y rígida que rodea las células eucariotas vegetales y las células eucariotas de los hongos. Aparece adosada a la cara externa de la membrana plasmática.
La pared celular es segregada por la célula y está formada por un componente fibroso: el polisacárido celulosa en las células vegetales y el polisacárido quitina en las células de los hongos. Entre las fibras se intercala una sustancia de relleno: la matriz amorfa.
Las principales funciones de la pared son las siguientes:
• Da forma, consistencia y rigidez a la célula.
• Limita la entrada de moléculas tóxicas y de microorganismos patógenos.
Las sustancias pequeñas atraviesan la membrana pasando entre los fosfolípidos de la bicapa (oxígeno, dióxido de carbono) o usando los canales que proporcionan las proteínas (agua, iones, glucosa, aminoácidos…).
Las partículas de mayor tamaño entran por endocitosis y salen por exocitosis. Estos mecanismos actúan mediante deformaciones de la membrana, gracias a las cuales las partículas quedan incluidas en vesículas que facilitan su transporte.
Fosfolípido
Proteínas
Aminoácido
Iones
H2OO2
CO2 Glucosa+
+
ExocitosisEndocitosis
Citoplasma
Membrana plasmática
Fibras de celulosa de la pared vegetal vistas al microscopio electrónico.
Bicapa lipídica
Proteína
FosfolípidoOligosacárido
Colesterol
18 | EL CUERPO ES UNA COMUNIDAD FORMADA POR SUS INNUMERABLES CÉLULAS O HABITANTES
4.3 CITOPLASMAEl citoplasma celular es la región de la célula comprendida entre la membrana plasmática y el núcleo. En él se distinguen el citosol, el citoesqueleto y los orgánulos citoplasmáticos.
CITOSOL O HIALOPLASMA
El citosol es una matriz fluida formada por agua, sales minerales, glúcidos, lípidos, aminoácidos, nucleótidos, ácidos ribonucleicos y proteínas. En su seno tiene lugar la mayoría de las reacciones químicas del metabolismo celular.
CITOESQUELETO
El citoesqueleto es un armazón tridimensional de filamentos proteicos que se extienden por el hialoplasma de todas las células eucariotas. Se ensambla y reorganiza continuamente en consonancia con las necesidades celulares.
La función general del citoesqueleto es dar soporte a los orgánulos celulares, mantener la forma de la célula y permitir el transporte de sustancias y vesícu-las por el citoplasma.
El citoesqueleto está constituido por tres tipos de filamentos proteicos: micro-filamentos, filamentos intermedios y microtúbulos.
Microfilamentos Filamentos intermedios Microtúbulos
Están constituidos por la polimerización, en doble hélice, de monómeros de la proteína actina.
Son los componentes más delgados y frágiles del citoesqueleto. Intervienen de forma específica en los procesos de deformación de la superficie celular.
Solo existen en las células animales. Tienen el aspecto de cuerdas. Están formados por diferentes tipos de proteínas, como la citoqueratina.
Son los componentes más resistentes del citoesqueleto, y su diámetro es intermedio entre los microfilamentos y los microtúbulos.
Son cilindros huecos y rígidos, constituidos por la polimerización de monómeros de la proteína tubulina.
Son los componentes más gruesos del citoesqueleto. Constituyen la estructura interna del huso acromático en la división celular, del centrosoma y de los cilios y flagelos.
Micrografía óptica del citoesqueleto. Los microtúbulos se observan en color amarillo y los microfilamentos en color azul.
Membranaplasmática
FilamentointermedioMicrofilamento Microtúbulo
RibosomasRetículo
endoplasmáticoLisosoma
01 | LA CÉLULA | 19
ORGÁNULOS CITOPLASMÁTICOS
Los orgánulos citoplasmáticos son el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, el lisosoma, la vacuola, la mitocondria, el cloroplasto, el ribosoma y el centrosoma.
Retículo endoplasmático
El retículo endoplasmático está formado por un sistema de túbulos y sacos membranosos, comunicados entre sí y con la envoltura nuclear, que se extiende por el citosol.
Se distingue el retículo endoplasmático liso (REL) y el retículo endoplasmático rugoso (RER).
Retículo endoplasmático liso Retículo endoplasmático rugoso
Sus membranas carecen de ribosomas.
Sus principales funciones son la síntesis de lípidos de membrana y la degradación de sustancias tóxicas.
Sus membranas llevan adosados ribosomas en su cara citoplasmática.
Su principal función es la síntesis de proteínas de membrana o de secreción.
Aparato de Golgi
El aparato de Golgi está constituido por unas unidades estructurales denominadas dictiosomas. Cada dictiosoma es una agrupación de sacos aplanados y apilados, delimitados por una membrana lisa, en la que se distinguen dos caras: cis y trans.
Las funciones del aparato de Golgi son:
• Modifica proteínas y lípidos procedentes del retículo endoplasmático.
• Empaqueta y libera las sustancias contenidas en las vesículas de secreción mediante exocitosis.
• Forma orgánulos citoplasmáticos, como los lisosomas.
La cara cis o de formación se orienta hacia el RER. De este recibe las proteínas que fabrica, incorporadas en pequeñas vesículas de transición.
La cara trans o de maduración se orienta hacia la membrana plasmática. De la cara trans se desprenden vesículas de secreción cargadas con las proteínas del RER tras ser modificadas al pasar por el aparato de Golgi.
Micrografía electrónica del aparato de Golgi.
Micrografía electrónica del retículo endoplasmático rugoso.
REL
RER
Envoltura nuclearNúcleo
Ribosoma
Vesícula de secreción
Vesícula de transición
Cara trans
Cara cis
20 | EL CUERPO ES UNA COMUNIDAD FORMADA POR SUS INNUMERABLES CÉLULAS O HABITANTES
Lisosoma
Los lisosomas son vesículas formadas a partir del aparato de Golgi, que contienen enzimas hidrolíticas.
La función de los lisosomas es la digestión celular de sustancias incorporadas del exterior mediante endocitosis o de componentes intracelulares que deben ser degradados, como los orgánulos envejecidos.
Vacuola
Las vacuolas son vesículas que están presentes en células animales y vegetales, si bien en estas últimas se encuentran especialmente desarrolladas.
Las funciones de las vacuolas son:
• Almacenan sustancias (agua, productos de desecho, sustancias de reserva, sustancias aromáticas, pigmentos…).
• Confieren turgencia a las células vegetales.
Mitocondria
Las mitocondrias son orgánulos delimitados por una membrana doble, que tienen forma cilíndrica y la capacidad de dividirse mediante fisión binaria.
La función principal de las mitocondrias es generar energía química a partir de los nutrientes (glucosa) mediante un conjunto de procesos metabólicos que se conocen como respiración celular.
La respiración celular es un proceso aerobio, pues requiere oxígeno, y se esquematiza mediante la siguiente ecuación general:
Glucosa + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energía
Las mitocondrias presentan una envoltura doble, un espacio intermembrana y una matriz mitocondrial.
Envoltura doble Espacio intermembrana Matriz mitocondrial
Está integrada por la membrana mitocondrial externa lisa y la membrana mitocondrial interna. Esta última aparece replegada formando las crestas mitocondriales.
Es un delgado espacio que se localiza entre la membrana mitocondrial externa y la interna.
Está delimitada por la membrana interna. Contiene ADN circular y ribosomas similares a los de las células procariotas.
Cresta mitocondrial
Membranamitocondrial
interna
Espaciointermembrana
Membrana mitocondrial
externa
ADNRibosoma
Matriz mitocondrial
Micrografía electrónica de lisosomas (en color azul) en las proximidades del aparato de Golgi.
Lisosomas y vacuolas líticasLos lisosomas y las vacuolas líticas desempeñan la misma función; los primeros en células animales y las segundas en células vegetales.
Micrografía electrónica de una mitocondria.
01 | LA CÉLULA | 21
Cloroplasto
Los cloroplastos son orgánulos delimitados por una membrana doble, que tienen formas variadas y son exclusivos de las células eucariotas vegetales. Al igual que la mitocondria, puede dividirse mediante fisión binaria.
Son los orgánulos responsables de realizar la fotosíntesis, que transcurre en dos fases:
1. Fase fotoquímica. Tiene lugar en la membrana de los tilacoides. En ella, la energía del sol se convierte en energía química.
2. Fase biosintética. Se produce en el estroma. La energía química que se genera en la fase fotoquímica se usa para transformar el CO2 en glucosa.
La ecuación general de la fotosíntesis es:
6CO2 + 6H2O + Energía → Glucosa + 6O2
En los cloroplastos se diferencian las siguientes partes:
Envoltura doble Espacio intermembrana Estroma
Está integrada por la membrana cloroplástica externa y la membrana cloroplástica interna, ambas lisas.
Es un delgado espacio que se localiza entre la membrana cloroplástica externa y la interna.
Está delimitado por la membrana interna. Contiene ADN circular y ribosomas similares a los de las células procariotas. El estroma está ocupado por miles de sacos membranosos apilados, denominados tilacoides. Las pilas de tilacoides reciben el nombre de grana.
Membranacloroplástica
externa
Tilacoide
Grana
Membrana cloroplástica
interna
Espacio intermembrana
Membrana tilacoidal
RibosomaEstroma
ADN
Micrografía electrónica de un cloroplasto.
Origen evolutivo de mitocondrias y cloroplastos
Núcleo Bacteriaaerobia
Fagocitosis
Célula preucariota
Mitocondria
Cloroplasto
Célula eucariota vegetalCélula eucariota animal
Cianobacteria
1.ª endosimbiosis
2.ª endosimbiosis
La teoría endosimbiótica, popularizada por la bióloga estadounidense Lynn Margulis, defiende que mitocondrias y cloroplastos se originaron a partir de células procariotas primitivas mediante dos procesos endosimbióticos consecutivos:
• Primera endosimbiosis: origen de las mitocondrias. Una célula preucariota anaerobia, con su ADN rodeado por una envoltura nuclear, engulló por fagocitosis una bacteria aerobia que se reprodujo dentro de la célula preucariota y con el tiempo se convirtió en mitocondria. Es el origen de las células eucariotas animales.
• Segunda endosimbiosis: origen de los cloroplastos. En un proceso similar al de las mitocondrias, los cloroplastos tienen su origen en bacterias fotosintéticas (cianobacterias) fagocitadas que con el tiempo se transformaron en cloroplastos. Así surgieron las células eucariotas vegetales, que poseen tanto mitocondrias como cloroplastos.
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Ribosoma
Los ribosomas son partículas compactas y no delimitadas por membrana, formadas por ARN ribosómico y por proteínas. Están constituidos por dos subunidades (grande y pequeña).
Se localizan en el citoplasma de las células eucariotas y procariotas, en la matriz mitocondrial y en el estroma de los cloroplastos; además, están adheridos a la cara citoplasmática del RER y de la membrana nuclear externa.
Su función es la síntesis de las proteínas a partir de la información contenida en los ácidos nucleicos.
Centrosoma
El centrosoma es un orgánulo exclusivo de las células animales, situado en las proximidades del núcleo y constituido por microtúbulos de tubulina.
En el centrosoma se diferencian las siguientes partes:
El centrosoma es un centro organizador de microtúbulos. Se encarga de formar las siguientes estructuras:
• Los componentes microtubulares del citoesqueleto.
• Un huso de microtúbulos, denominado huso mitótico o acromático, durante la mitosis y la meiosis.
• Los cilios y flagelos. Son digitaciones móviles de la superficie celular rodeadas por la membrana plasmática. Su movimiento permite el desplazamiento de las células. Los cilios son cortos y numerosos; los flagelos, por el contrario, son largos y escasos.
Micrografía electrónica de un par de centriolos.
Micrografía electrónica en la que se observan varios ribosomas.
DiplosomaEs la parte interna del centrosoma. Está formado por dos cilindros huecos, los centriolos, dispuestos perpendicularmente uno con respecto al otro. La pared de cada centriolo está formada por nueve tripletes de microtúbulos.
Fibras del ásterEs un conjunto de microtúbulos que irradian del material pericentriolar.
Material pericentriolarConstituye una región de aspecto amorfo que rodea el diplosoma.
Subunidadgrande
Subunidad pequeña
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4.4 NÚCLEO CELULAREl núcleo es una estructura exclusiva y característica de las células eucariotas. Se observa en el interior celular durante el periodo de interfase, es decir, la fase durante la cual la célula no se divide.
En las células animales, el núcleo es esférico y suele ocupar una posición cen-tral. En las células vegetales es discoidal y con frecuencia aparece desplazado lateralmente debido al enorme desarrollo de las vacuolas.
En el núcleo celular interfásico se distinguen estos componentes: la envoltura nuclear, el nucleoplasma, el nucleolo y la cromatina.
El núcleo desempeña dos funciones básicas:
• Controla el funcionamiento de la célula a través de la información genética contenida en el ADN.
• Garantiza la conservación de esta información genética a través de la repli-cación del ADN.
Micrografía electrónica del núcleo.
Envoltura nuclear
Ribosoma
Nucleolo
Cromatina
Nucleoplasma
Poro nucleares
Envoltura nuclearDelimita el contenido del núcleo. Está constituida por dos membranas nucleares: externa e interna, entre las que existe un delgado espacio perinuclear.
La membrana nuclear externa es una prolongación de la membrana del retículo endoplasmático rugoso, de tal forma que lleva adosados ribosomas en su cara citoplasmática. Por contra, la membrana nuclear interna carece de ribosomas.
Ambas membranas se unen en los poros nucleares, canales de paso que permiten el intercambio de sustancias entre el núcleo y el citoplasma.
NucleoplasmaEs el medio interno fluido, formado por agua, iones, nucleótidos, ARN y proteínas.
NucleoloEs una región interna, más o menos esférica, constituida por las secuencias del ADN responsables de la síntesis de los ribosomas. Puede haber más de un nucleolo.
CromatinaEs un entramado fibrilar que se extiende por el nucleoplasma y que está formado por ADN asociado a proteínas: las histonas, que ayudan a su compactación.
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ACTIVIDADES
1Niveles de organización de la materia viva
1 Los virus son complejos supramoleculares integrados por ácidos nucleicos y proteínas. Razona si se clasifican dentro de los niveles bióticos o abióticos y si, por consiguiente, se pueden considerar seres vivos.
2 Relaciona los términos de la columna de la izquierda con el sub-nivel que les corresponda de la columna de la derecha.
a. ADN.
b. Carbonato de calcio.
c. Vacuola.
d. Proteína queratina. 1. Molécula.
e. Cloroplasto. 2. Macromolécula.
f. Lípido colesterol. 3. Complejo supramolecular.
g. Virus. 4. Orgánulo celular.
h. Aminoácido fenilalanina.
i. Membrana celular.
j. Nucleótido ATP.
3 ¿Qué niveles de organización de la materia viva hay presentes en los siguientes casos?
a. Manada de elefantes.
b. Fémur.
c. Bacteria del cólera.
d. Cloruro de sodio.
e. Núcleo celular.
f. Epidermis.
2La microscopia y el descubrimiento de la célula
4 ¿Qué objeto reconoces en la imagen? ¿Quién lo diseñó? ¿Con qué fin?
5 Observa estos dos tipos de micrografías de células eucariotas.
A B
a. ¿Qué es una micrografía?
b. ¿Con que modalidad de microscopio se ha obtenido cada una de ellas? ¿En qué aspectos te has basado para responder?
6 ¿Por qué las micrografías electrónicas carecen de color?
01 LA CÉLULA
01 | LA CÉLULA | 25
10 Realiza las siguientes actividades sobre la célula.
a. Escribe una definición.
b. Cita los componentes comunes de las células procariotas y eucariotas.
c. Elabora en tu cuaderno una tabla comparativa que recoja las diferencias que existen entre las células procariotas y las células eucariotas.
3La célula procariota
11 Clasifica las bacterias de las imágenes según su forma.
A
B
C
D
12 Observa la siguiente imagen.
12
3
4
5
6
7
a. ¿Qué tipo de organización presenta esta célula?
b. Nombra los elementos numerados.
c. ¿Cuál es la composición química de estos elementos?
d. ¿Qué función desempeñan?
7 ¿A qué científico se atribuyen estos hechos?
a. Enunciación de la teoría celular en las plantas.
b. Demostración de la individualidad celular de la neurona.
c. Diseño del primer microscopio simple.
d. Síntesis de la teoría celular en la frase omnis cellula e cellula.
e. Utilización del término célula.
f. Invención del microscopio electrónico.
g. Descubrimiento del núcleo celular.
8 Explica las aportaciones de Schleiden, Schwann, Virchow y Ramón y Cajal a la teoría celular.
9 Identifica, de forma razonada, el tipo celular de estas células.
A
B
C
26 | EL CUERPO ES UNA COMUNIDAD FORMADA POR SUS INNUMERABLES CÉLULAS O HABITANTES
16 Indica con qué estructura y tipo celular se relacionan estas macromoléculas: celulosa, peptidoglucano y quitina.
17 Copia y completa esta tabla en tu cuaderno según la célula en que se encuentre o no cada componente o estructura.
Componente o estructura
Célula procariota
Célula eucariota animal
Célula eucariota vegetal
Envoltura nuclear
Flagelos
Mitocondria
Aparato de Golgi
Membrana plasmática
Centrosoma
Pared celular
Ribosomas
Cloroplastos
Plásmidos
Cápsula
18 El dibujo muestra dos modalidades del sistema membranoso intracelular conectadas físicamente.
1
2
a. Identifica las dos modalidades. ¿Cómo se distinguen?
b. ¿Presentan doble membrana o membrana simple?
19 Asigna las siguientes funciones a su correspondiente orgánulo.
a. Formación de cilios y flagelos.
b. Digestión celular.
c. Producción de deformaciones en la superficie celular.
d. Síntesis de las proteínas celulares.
e. Empaquetamiento de sustancias de secreción.
f. Producción de energía química a partir de la luz del sol.
g. Producción de energía química en reacciones de oxidación.
h. Síntesis de los ribosomas.
i. Síntesis de lípidos.
j. Regulación del intercambio de sustancias con el exterior.
k. Almacenamiento de agua y sustancias de reserva.
4La célula eucariota
13 Completa en tu cuaderno la siguiente tabla.
Orgánulos no delimitados por membrana
Orgánulos delimitados por membrana sencilla
Orgánulos delimitados por membrana doble
Célula animal
Célula vegetal
14 Observa la siguiente imagen de una célula.
1
12
10
11
9
2
3
4
5
6
7
8
a. Razona el tipo de organización que presenta.
b. ¿Es una célula animal o vegetal? ¿Por qué?
c. Nombra los componentes numerados.
d. ¿Cómo se llama el mecanismo mediante el cual el orgánulo 9 libera su contenido al exterior? ¿Y el proceso inverso?
15 ¿A qué tipo celular pertenece esta célula? Nombra los compo-nentes numerados e indica su función.
1
2
3
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23 Identifica los orgánulos de las siguientes micrografías electrónicas.
A
B
C
D
1
2
1
1
1
2
24 Dibuja en tu cuaderno los orgánulos de la actividad anterior y nombra sus partes más destacadas.
25 ¿Qué relación funcional existe entre los orgánulos señalados con el número 2 en las micrografías A y C de la actividad 23?
20 Observa el esquema y responde a las preguntas.
1
3
2
Célula A
Célula B
4
a. ¿Cómo se llama la teoría que representa el esquema? ¿Qué defiende? ¿Quién la propuso?
b. ¿Qué nombre reciben las estructuras que están señaladas con números? ¿De qué tipo son las células A y B?
c. Indica las características que comparten las mitocondrias, los cloroplastos y las células procariotas, y que constituyen, además, argumentos a favor de esta teoría.
21 La observación de los orgánulos que predominan en una célula permite determinar la función principal de la misma en el orga-nismo. Identifica de forma razonada estas imágenes, que corres-ponden a dos tipos de leucocitos: un macrófago (encargado de la fagocitosis y la digestión intracelular de los microorganismos patógenos) y una célula plasmática (cuya función es sintetizar y liberar a la sangre un tipo de proteínas: los anticuerpos).
A B
22 Observa las estructuras señaladas en las siguientes células.
21
a. ¿Cómo se denominan? ¿Cuál es su composición química? ¿Qué orgánulo es el responsable de su formación?
b. ¿Cuál de ellas puede existir también en las células procariotas? ¿Qué composición química tiene en este último tipo de células?
c. ¿Qué diferencias hay entre la estructura 2 y los pili bacterianos?