ORDENE DE MENOR A MAYOR LOS SIGUIENTES NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA VIVA.

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1 GUIA CELULA, GENOMA Y ORGANISMO Prof. José L. Contreras Rivera 4 medio. Biólogo, licenciado en biología. PUCV Profesor de E. M, mención en biología. Licenciado en educación. U. MAYOR CONTENIDO: ELEMENTOS BASICOS DE BIOLOGIA CELULAR OBJETIVOS: Conocer los niveles básicos de organización de la materia viva. Conocer los postulados de la teoría celular. Comprender que la célula representa la unidad básica de organización de todo ser vivo, tanto en lo morfológico como en lo funcional. CUANTO SABES ANTES DE PARTIR? La materia viva tiene una organización, la cual va de la más simple a la más compleja. ORDENE DE MENOR A MAYOR LOS SIGUIENTES NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA VIVA. 1. TEJIDOS. 2. CELULAS. 3. ORGANISMO PLURICELULAR. 4. MACROMOLECULAS. 5. ATOMOS. 6. MOLECULAS. 7. SISTEMAS. 8. ORGANELOS. 9. ORGANOS. 10. COMPLEJOS SUPRAMOLECULARES La teoría celular moderna nos dice que la célula es unidad de: I. función II. origen. III. herencia. IV. estructura. a. Solo I. b. Solo III. c. I, II y III. d. I, II y IV. e. I, II, III y IV. Uno de los siguientes niveles de organización es el más simple. a. Tejidos. b. Células. c. Organelos. d. Átomos. e. Moléculas. La principal diferencia entre células eucariontes y procariontes, radica en que estas últimas a. son las únicas que poseen pared celular. b. son siempre pluricelulares. c. no tienen membrana nuclear o núcleo. d. son todas con citoplasma. e. poseen membrana plasmática.

2 1. INTRODUCCIÓN. Millones de especies diferentes de organismos vivos pueblan la Tierra. La biología, el estudio científico de la vida, se define a través de una jerarquía de organización biológica, desde biomoléculas 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 más complejos, está constituida por combinaciones de elementos. Cada nivel de organización incluye a los niveles inferiores y constituye, a su vez, los niveles superiores 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 cualquiera tiene propiedades diferentes de las de sus moléculas constitutivas, y un organismo multicelular dado tiene propiedades nuevas y diferentes de las de sus células constitutivas. De todas las propiedades emergentes, sin duda, la más maravillosa es laque surge en el nivel de una célula individual, y es nada menos que la vida. Niveles de organización abióticos ORDEN DE LOS NIVELES DE ORGANIZACIÓN BIOLOGICA Los niveles de organización abióticos son aquellos que también existen en la materia inanimada. Se distinguen tres: Nivel subatómico: lo integran las partículas más pequeñas de la materia, como son los protones, los neutrones y los electrones. Nivel atómico: lo componen los átomos, que son la parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción. Nivel molecular: está formado por las moléculas, que se definen como unidades materiales formadas por la unión, mediante enlaces químicos, de dos o más átomos, como por ejemplo una molécula de oxígeno (O2) o de carbonato cálcico (CaCO3). Las moléculas que forman la materia viva se denominan biomoléculas, o principios inmediatos, y un ejemplo es la glucosa (C6H12O6). Las moléculas orgánicas son todas aquellas constituidas, básicamente, por átomos de carbono unidos mediante enlaces covalentes. Antes se consideraba que sólo eran sintetizadas por los seres vivos; sin embargo, actualmente se han logrado por síntesis artificial compuestos de carbono que nunca aparecen en los seres vivos, como, por ejemplo, los plásticos. Por tanto, dentro de las moléculas orgánicas es preciso distinguir entre las biomoléculas y las no biomoléculas. Dentro del nivel molecular existen varios grados de complejidad: Las macromoléculas resultan de la unión de muchas moléculas orgánicas en un polímero; cada unidad del polímero se denomina monómero. Por ejemplo, el almidón (macromolécula) es un polímero de glucosa (monómero). Las proteínas son macromoleculas f ormadas por polímeros de aminoácidos y los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos. Los complejos supramoleculares: están formados por varias moléculas. Por ejemplo, la unión de glúcidos y proteínas para dar glucoproteínas. Los orgánelos celulares: están formados por varios complejos supramoleculares y, aunque tienen cierta entidad propia, no se pueden considerar como seres vivos, ya que no cumplen sus características de nutrición, relación y reproducción. Dentro de la célula se encuentran varios orgánulos celulares como las mitocondrias, los peroxisomas, el retículo endoplasmático, etcétera. Los virus son complejos macromoleculares que están constituidos por dos tipos de macromoléculas: proteínas y ácidos nucleicos y, en algún caso, también lípidos.

3 Niveles de organización bióticos Existen cuatro niveles de organización bióticos, que son exclusivos de los seres vivos: Nivel celular: comprende las células, que son unidades de materia viva constituidas por una membrana y un citoplasma. Se distinguen dos tipos de células: Las células procariotas: son las que carecen de envoltura nuclear y, por lo tanto, la información genética se halla dispersa en el citoplasma, aunque condensada en una región denominada nucleoide. Las células eucariotas son las que tienen la información genética rodeada por una envoltura nuclear, que la aísla y protege, y que constituye el núcleo. Las células son las partes más pequeñas de la materia viva que pueden existir libres en el medio. Los organismos compuestos por una sola célula se denominan organismos unicelulares, y deben desarrollar todas las funciones vitales. Nivel pluricelular: abarca a aquellos seres vivos que están constituidos por más de una célula. Se pueden distinguir varios grados de complejidad o subniveles. De menor a mayor complejidad son los siguientes: Tejidos: son conjuntos de células especializadas muy parecidas, que realizan la misma función y que tienen un mismo origen. Órganos: son las unidades estructurales y funcionales de los seres vivos superiores. Están constituidos por varios tejidos diferentes y realizan una acción concreta. Sistemas: son conjuntos de órganos parecidos, pero que realizan acciones independientes. Por ejemplo, el sistema nervioso, el óseo, el muscular, o el endocrino. Con esto formamos los organismos pluricelulares Niveles de organización ecológicos Nivel de población: abarca a las poblaciones, que son el conjunto de individuos de la misma especie que viven en una misma zona y en un momento determinado. Se considera a los organismos de la misma especie no como individuos concretos, sino desde el punto de vista de las relaciones que se establecen entre ellos en el espacio y en el tiempo. Nivel de comunidad: se estudia tanto el conjunto de poblaciones de diferentes especies que viven interrelacionados, la llamada comunidad o biocenosis, como el lugar, con sus condiciones fisicoquímicas, en donde se encuentra el llamado biotopo. Nivel de ecosistema: El conjunto de biocenosis (factores bióticos) y biotopo (factores abióticos) se llama ecosistema. Aquí existen relaciones de flujo de materia y energía entre sus componentes Nivel de biosfera: El conjunto de ecosistemas de toda la Tierra o biosfera puede ser considerado como el nivel más complejo de organización de los seres vivos.

4 2. TEORÍA CELULAR. Por qué se llama célula? La célula 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 parecían celdillas de los panales de las abejas, y por ello las denominó células. En principio, esta descripción pasó como mera curiosidad, pero, con el tiempo y el perfeccionamiento de los microscopios, se fue observando que aquellas celdillas o células estaban presentes en muchos tejidos vegetales y animales. El contenido de éstas estaba formado de una masa viscosa a la que se llamó protoplasma o citoplasma y en la cual había un gránulo más o menos voluminoso al que se denominó núcleo. Finalmente, un botánico Schleiden ( ) y un zoólogo Schwann ( ) recogieron las observaciones y descripciones realizadas en vegetales y animales y formularon en 1839 el principio básico de la Teoría Celular. Posteriormente sobre la base de todas estas investigaciones, en 1855, se estableció un principio que resultaría central para la biología. Dos investigadores alemanes, Robert Remarck ( ) y Rudolph Virchow ( ) formularon la siguiente afirmación: toda célula procede de otra célula. Recordemos que la teoría celular se enfrentó en sus comienzos 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 tiempo se fue observando 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, etc. 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: Todos los organismos vivos están formados por una o más células. La estructura del organismo como un todo se debe a la especial disposición de sus células y de las estructuras que éstas generan. (La célula como unidad Estructural). Las reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo los procesos liberadores de energía y las reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de las células. (La célula como unidad funcional). Toda célula procede de la división de otra anterior. (La célula como unidad de origen). Las células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula hija.( la celula como unidad de herencia) Aún cuando toda célula existente respeta en principio la teoría celular, existe una gran variedad de tamaños, formas, tipos y asociaciones celulares. No obstante esta gran diversidad, las células tienen propiedades y/o características comunes, tales como: Poseer una maquinaria metabólica: que le permite realizar los procesos vitales de desarrollo, crecimiento y reproducción. Poseer un centro de almacenamiento de la información genética (DNA), y control de los procesos vitales (mecanismos de regulación de la expresión génica). Poseer una 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).

5 Los organismos se agrupan en tres categorías 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 acidófilas, termoplasmales y metanobacterias. Tanto las Eubacterias como las Archeobacterias son procariontes. Clasificación de los seres vivos en tres dominios y seis reinos (Woese 1990). En consecuencia, en los seres vivos se pueden encontrar solo dos tipos de células; la Procariótica y la Eucariótica, las cuales se diferencian esencialmente en la ausencia o presencia de núcleo, respectivamente. A continuación se presenta una tabla que presenta las principales diferencias entre ambos tipos celulares: Tabla. COMPARACIÓN ESTRUCTURAL ENTRE CÉLULAS PROCARIONTES Y EUCARIONTES. Características Célula Procariótica Célula Eucariótica Ejemplo Eubacterias y Arqueobacterias. Protistas (protozoos, algas), hongos, animales y vegetales. Tamaño Lo habitual es de 0,5 10 μm de diámetro. La mayoría entre μm de diámetro. Presentación del DNA Compartimentalización citoplasmática 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. Encerrado en el núcleo por la envoltura nuclear, tiene una disposición lineal, asociándose con proteínas (histonas y no histonas), denominándose cromatina. Presente, con varios tipos de organelos tales como mitocondrias, cloroplastos, lisosomas, vacuolas, etc. Ribosomas Más pequeños y livianos ( 70 S ) Más grandes y pesados ( 80 S ) Pared Celular No celulósica, sino de tipo glicopeptídica (peptidoglucano). Ausente en células animales, presente en las células vegetales y algunos protistas (compuesta principalmente por celulosa). Presente en hongos (quitina). Cilios y flagelos a base de un esqueleto microtubular de tubulina. Locomoción Flagelos, estructurados por una proteína (flagelina). Citoesqueleto Ausente. Presente, constituido por microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos. Membrana Plasmática Presente, formada de bicapa lipídica y proteínas, sin colesterol Presente, formada de bicapa lipídica y proteínas, con colesterol

6 Evaluación. Tanto la célula animal como la célula vegetal son eucariontes, cuál de las siguientes características es correcta al comparar ambos tipos de células? A) Ambas poseen plastidios. B) Las dos células poseen pared celular. C) La animal posee centríolo y la vegetal no. D) La célula animal es más evolucionada que la célula vegetal. E) Los vegetales no poseen mitocondrias, sólo cloroplastos. Sobre la Teoría Celular, se puede afirmar correctamente que I) un botánico y un zoólogo son los primeros que sentaron las bases de la teoría. II) la disposición de las células de un organismo determina su estructura total. III) toda célula debe poseer un límite que es la pared celular. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y II D) Sólo II y III E) I, II y III Uno de los siguientes niveles de organización es el más simple. a. Tejidos. b. Células. c. Organelos. d. Átomos. e. Moléculas. La principal diferencia entre células eucariontes y procariontes, radica en que estas últimas a. son las únicas que poseen pared celular. b. son siempre pluricelulares. c. no tienen membrana nuclear o núcleo. d. son todas con citoplasma. e. poseen membrana plasmática. De los siguientes enunciados Cuál no se deduce de la Teoría Celular? A) la célula contiene información genética que se pasa de una progenitora a su sucesora. B) algunas células son capaces de realizar reacciones químicas de síntesis. C) todos los seres vivos están formados por células. D) la célula es la unidad estructural de los seres vivos E) la célula puede vivir libre de otros sistemas vivos.