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DIDÁCTICA DE LASCIENCIASEXPERIMENTALESNOMBRE: BAO NICIEZA, SERGIOCURSO: 3ºGRUPO: BPROFESORA: MÓNICA HERRERO (BIOLOGÍA) JOSE MANUEL MONTEJO(FÍSICA Y QUÍMICA)EVALUACIÓN: 60% EXÁMENES – 40% PRÁCTICASBIOLOGÍATema 1. La célula:La célula es la unidad de estructura y función de los seres vivos:El Big Bang ...

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DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES NOMBRE: BAO NICIEZA, SERGIO CURSO: 3º GRUPO: B PROFESORA: MÓNICA HERRERO (BIOLOGÍA) JOSE MANUEL MONTEJO (FÍSICA Y QUÍMICA) EVALUACIÓN: 60% EXÁMENES – 40% PRÁCTICAS

BIOLOGÍA Tema 1. La célula: La célula es la unidad de estructura y función de los seres vivos: El Big Bang  Todavía sigue en curso esta explosión. Con ella surgió toda la materia. Previamente a esta explosión no se sabe nada con certeza, por lo que podemos decir que el conocimiento empieza a partir del Big Bang. Ocurrió hace 13.730 Ma. El Big Bang marcó el inicio de la materia, pero no de la vida, ya que hay un largo período de evolución química y molecular antes del inicio de la vida. Al juntarse y expandirse la materia, se junta para formar diferentes elementos químicos, galaxias, estrellas (no son estables)… Así se formó el Sistema Solar, el agua… Evolución molecular y aparición de la vida: -

Las especies químicas que mejoraron su supervivencia eran las que permanecían más estables o bien eran capaces de desarrollar propiedades especiales, como, por ejemplo, almacenar y manejar información o capacidad catalítica.

- En la evolución molecular, se considera que la fuerza electromagnética es la que predomina en la aparición de la vida, junto con el azar. ¿Qué es la vida? No es correcto decir que todos los seres vivos nacen crecen se reproducen y mueren. Los seres vivos son seres complejos formados por una o más células (excepto los virus), que desarrollan o pueden desarrollar tres funciones vitales; nutrición, relación y reproducción. Teoría celular: -

En principio todos los organismos están compuestos por células, en las cuales tienen lugar las reacciones metabólicas del organismo. Las células provienen de otras células preexistentes. Además, contienen material hereditario.

El significado de la teoría celular es que la célula es la unidad de origen, de estructura y de función de los seres vivos. La célula  Unidad y diversidad. Las células varían muchísimo en su estructura y función, pero tienen propiedades básicas similares. -

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Tamaño/complejidad de su estructura:  Procariotas: Célula bacteriana (1-10 µm)  Eucariotas: Espermatozoide (53 µm) Hongo. Forma:  Neurona: Más larga que ancha.  Paramecium.

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 Vegetales.  Sanguíneas. Según el número de células que presenten los organismos:  Unicelulares: Bacterias, protozoos.  Pluricelulares: Animales, plantas.

¿Qué es la célula? Estructura y funciones. -

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Unidad mínima morfológica y funcional. Sistema abierto: Intercambio de materia y energía con su entorno. Estructura básica común: Membrana + Citosol o Citoplasma + ADN + biomoléculas (iones). Membrana: Bicapa lipídica formada por lípidos, proteínas y glúcidos, permite:  Permeabilidad selectiva.  Control de la homeostasis.  Mantenimiento de la forma y estructura. Célula eucariota:  Membrana plasmática, núcleo y citoplasma.  Citoplasma: Hialoplasma y orgánulos citoplasmáticos.

Preguntas Frecuentes: ¿Hay vida en otros planetas? ¿Se ha descubierto vida fuera de la Tierra? “Un paradigma de la Astrobiología sostiene que la vida es una consecuencia de la propia evolución del Universo. Por lo tanto, la respuesta, a la luz de los avances actuales del conocimiento, no puede ser más que afirmativa. Pero una pregunta y una respuesta tan contundentes no nos ayudan a entender el fondo del asunto. Si la cuestión hubiera sido: ¿hemos encontrado ya formas de vida en otros planetas?, habría que responder tajantemente que no. Y si fuera: ¿conoceremos alguna vez la vida en otros planetas?, sólo podríamos decir que quizá. Pero, por el momento, de vida fuera de la Tierra no hemos encontrado todavía ninguna evidencia.” Biomoléculas Hidratos de carbono Lípidos

Estructura Desde monómeros a polisacáridos Ácidos grasos, colesterol…

Proteínas

Polímeros de aminoácidos

Ácidos nucleicos

Polímeros de nucleótidos

Vitaminas

Solubles en grasa o en agua

Función Reserva de energía, paredes celulares Estructural, reserva de energía, hormonas Enzimas, estructural, transporte, defensa Almacenamiento y traducción de la información biológica Necesarias para algunas funciones metabólicas, en cantidades muy pequeñas. En exceso, hipervitaminosis

Ejemplos Glucosa, sacarosa, almidón, glucógeno, celulosa, quitina Fosfolípidos, colesterol, grasas Hemoglobina, inmunoglobulinas, colágeno ADN, ARN Vitamina C, A, D, K, vitaminas del grupo B

Qué fue primero en la aparición de la vida, ¿la información, el metabolismo o el aislamiento? Existen teorías que apoyan los tres supuestos, basados en distintos experimentos:

- Primero fue la información - Primero fue el metabolismo - Primero fue el aislamiento del medio ¿Primero…? ¿O se pudieron combinar al azar? TODAS LAS CÉLULAS ACTUALES HAN EVOLUCIONADO A PARTIR DE UN MISMO ANTEPASADO: LUCA (Last Universal Common Ancestor) o LUA (Last Universal Ancestor): hipotético último organismo del cual descienden todos los existentes. Se estima que vivió hace alrededor de 3.500 millones de años.

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Árbol filogenético: muestra las relaciones evolutivas entre varias especies u otras entidades que se cree que tienen una ascendencia común. Usa información proveniente de fósiles, así como la generada por la comparación estructural y molecular de los organismos.

Las propiedades de los seres vivos:

1. Son 2.

3. 4. 5. 6. 7.

notablemente organizados en comparación con los objetos inanimados naturales, formados por células (excepto los virus) y almacenan y transmiten información Presentan homeostasis (homo, “similar”, y estasis, de “estabilidad” y de “estado”), lo que permite el mantenimiento de un medio interno relativamente constante Se reproducen Crecen y se desarrollan Obtienen energía y materia del medio ambiente y las transforman (metabolismo) Responden a estímulos. Se adaptan a su medio ambiente.

Diferencias entre tipos de células: Célula eucariota: -

Membrana plasmática, núcleo (definido), citoplasma. Citoplasma: hialoplasma (citosol y citoesqueleto) citoplasmáticos

y

orgánulos

Didáctica sobre la función de los orgánulos y estructuras celulares en eucariotas:

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La membrana plasmática: “el delimitador”. Como una frontera internacional donde se controla todo lo que entra y sale de un país. Define la forma de la célula- en la vegetal, la pared celular. El citoplasma: “cito”=célula; “plasma”= forma moldeable. La parte “moldeable”, interior, de la célula. El citoesqueleto: “el sostén de la célula”. Refuerza la estructura y se extiende por la célula como una “red de carreteras”. Cilios y flagelos tienen también estructuras citoesqueléticas. Núcleo: “el director de orquesta”. La función de un organismo depende de las instrucciones que hay en el ADN. Hay muchísima información: como la biblioteca de la célula. El nucleolo produce ribosomas que salen al citoplasma para la producción de proteínas. En los experimentos en que se trasplanta el núcleo de una célula en otra, la célula actúa según las instrucciones del nuevo núcleo trasplantado.

Didáctica sobre la función de los orgánulos y estructuras celulares en eucariotas:

- Ribosomas: fábrica de proteínas. Para sintetizar proteínas, la

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información se copia desde el ADN al ARN mensajero (ARNm), que sale del núcleo y se une a los ribosomas junto con otras moléculas necesarias para sintetizar proteínas. Los ribosomas no son orgánulos membranosos ya que no están rodeados por una membrana. Retículo endoplasmático: una “fábrica de producción interna” dentro de la célula (RER y REL). Los ribosomas del RER sintetizan proteínas y el REL participa en el metabolismo de las grasas. Aparato de Golgi: “centro de distribución” de los productos. Tiene vesículas de transporte con material procedente del RE. Procesa las moléculas, las empaqueta en vesículas y las envía fuera de nuevo. Es “como la oficina de correos” de la célula: recibe “paquetes moleculares” y los “etiqueta” para enviarlos a su destino. Lisosomas: los “basureros” de las células. Vesículas formadas en el aparato de Golgi para limpiar la célula, con enzimas digestivas. Reúne material de desecho, descompone productos perjudiciales y orgánulos muertos, y reutiliza las proteínas aprovechables.

Didáctica sobre la función de los orgánulos y estructuras celulares en eucariotas:

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Peroxisomas: los “destructores de toxinas”. Algunas reacciones celulares producen peróxido de hidrógeno muy peligroso y reactivo y los peroxisomas lo transforman en: 2H2O2 -> 2 H20 + O2 .

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Mitocondrias: “centrales eléctricas” de las células, generadoras de Energía en forma de ATP (energía metabólica útil almacenable). Donde se produce la respiración celular: consumo de nutrientes con oxígeno para dar E.

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Cloroplastos: “cocinas solares” de color verde. Utilizan la E del sol e ingredientes del medio (CO2 y H2O) para producir “comida”, e.d., compuestos orgánicos.

Tema 2: División gametogénesis.

celular

y

reproducción

sexual:

mitosis,

meiosis

y

División celular, ¿qué problemas nos planteamos?

- ¿Cómo se transmiten los cromosomas a las células hijas? - Cuando una célula se divida en 2 células hijas, ¿el número de

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cromosomas se reducirá a la mitad? ¿serán idénticas las dos células hijas a la célula original? Cuando se produzca la fecundación (unión del espermatozoide al óvulo), el cigoto (óvulo fecundado) resultante ¿tendrá el doble de cromosomas que sus padres? ¿todos los descendientes seremos idénticos? ¿Es posible o no la variabilidad genética entre individuos de la misma especie?

Mitosis: Consiste en el reparto equitativo del material hereditario (ADN) característico. Meiosis: Forma de reproducción celular, se produce en las gónadas para la producción de gametos: La meiosis es u proceso de división celular en la que una célula diploide experimenta dos divisiones sucesivas, con la capacidad de generar cuatro células haploides. Cariotipo: -

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Conjunto de cromosomas de una célula, ordenados según su tamaño, forma y características. Humano 46 cromosomas (23 pares):  22 pares autosómicos (44).  1 par sexual (hombre xy, mujer xx). Los dos miembros de cada par se denominan cromosomas homólogos. Cada especie tiene un cariotipo estándar. Al cariotipo también se le denomina como “análisis cromosómico”. Células diploides: Poseen dos copias de cada cromosoma. Los gametos tienen una sola copia. El ciclo celular:  Es un conjunto ordenado de eventos que culmina con el crecimiento de la célula y la división en dos células hijas.  El ciclo celular está formado por: La interfase + La fase M (Mitosis + Citocinesis).

La interfase: Es el periodo que hay entre dos divisiones celulares, el más largo. Se diferencian en la interfase tres etapas: Fase G1, Duplicación del ADN, y fase G2.  Durante la interfase las células realizan sus funciones metabólicas características. Sólo cuando reciben señales para reproducirse, se preparan y se organizan para la división celular. Las señales extracelulares controlan la supervivencia, el crecimiento y la división de las células.  LA INTERFASE ES LA FASE MÁS LARGA DE TODO EL PROCESO CELULAR. Existen importantes puntos de control al final de cada fase del ciclo, que determinan si se avanza o no a la fase siguiente. Interfase:  Fase G1: La célula duplica su tamaño y aumenta la cantidad de enzimas y otras moléculas.  Fase S: Duplicación del ADN y proteínas asociadas; existen ahora dos copias de la información genética de la célula.  Fase G2: Maduran las estructuras celulares, se preparan para la división. 

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Mitosis en las Células Animales Eucariotas: -

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La mitosis es la separación del genoma celular (2n), ya duplicado en la fase S, para dar dos células hijas, diploides (2n) que serán genéticamente iguales a la célula madre. La citocinesis es la división del citoplasma, para la separación de las dos células hijas a partir de la célula madre por mitosis. La citocinesis o división del citoplasma puede ser por tabicación o por estrangulamiento. A veces de una forma mixta. Después la célula se relaja y entra de nuevo en interfase. En la fase G1 sistema de control regulado por señales de otras células:  Si el medio extracelular es favorable para la proliferación se inicia la fase S.  Condiciones desfavorables: o Alargar G1. o Fase reposo G0.  Muchas células, como las nerviosas y las del músculo esquelético, permanecen G0 durante toda la vida del organismo.  Si el sistema funciona mal y permite la división celular excesiva, puede aparecer cáncer.

Fases de la mitosis en células eucariotas: -

Profase: El centrosoma duplicado migra a cada uno de los polos de la célula; empieza a formarse el huso mitótico (o huso acromático); la cromatina empieza a condenarse uniéndose a proteínas; aparecen los cromosomas y se desintegra la envoltura nuclear; desaparece el nucleolo.

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Metafase: todos los cromosomas se unen a los microtúbulos del huso mitótico por el centrómero. Los cromosomas se colocan de forma organizada en el ecuador, en el medio de la célula (se forma la placa metafásica). Los cromosomas duplicados se alinean en un orden aleatorio (al azar) en la placa metafásica. Anafase: las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan de forma sincrónica. Cada cromátida hermana se irá a un polo opuesto de la célula, dirigidas por los microtúbulos. Telofase: la cromatina se relaja (se descondensa) y van desapareciendo los cromosomas. Se reconstruye la envoltura nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas separados, formando dos núcleos.

AL FINAL DE LA MITOSIS TIENE LUGAR LA CITOCINESIS o división del citoplasma de la célula madre. La meiosis: DIVISIÓN CELULAR SEXUAL -

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Célula diploide (2n, solo línea germinal), 2 divisiones celulares sucesivas  4 células haploides (n, gametos). Fecundación reconstituye más tarde genoma diploide completo. Meiosis (del griego): “reducción o disminución”. Cada célula contiene dos pares de cromosomas (2n = 44 + XX ó XY), heredado uno de cada progenitor. Los pares de cromosomas homólogos son similares en forma y tamaño, pero no genéticamente iguales, presentan variantes genéticas (distintos alelos en los genes de cada cromosoma). Lo que hace diferentes entre sí a los individuos de una misma especie son las variantes o alelos de cada gen (suele haber muchos alelos diferentes de cada gen en una especie). Gracias a la reproducción sexual, cada nuevo individuo representa una nueva combinación de alelos. Para el Homo sapiens se estimó inicialmente unos 100.000 genes, después aprox. 40.000 genes (ó 20.000 aprox.)

Introducción a la división celular sexual: La meiosis. -

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Las células somáticas (que son todas las demás de nuestro organismo que no son células sexuales) no pasan a la descendencia (no hacen la meiosis), pero ayudan a las células de la línea germinal a sobrevivir y propagarse. La meiosis implica un proceso especial de apareamiento de cromosomas: los cromosomas homólogos se aparean antes de alinearse en el huso. Y se entrecruzan intercambiando su material genético.

Meiosis o división celular sexual: -

Proceso de división celular sexual (sólo ocurre en células de la línea germinal localizadas en los órganos sexuales, no en células somáticas) en el cual una célula diploide (2n= 46) experimenta dos divisiones

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celulares sucesivas dando lugar a 4 células haploides (n) genéticamente diferentes entre sí y a la célula madre: serán los gametos (en humanos: óvulos y espermatozoides). 2 divisiones celulares sucesivas:  Meiosis I (se separan los 2 cromosomas duplicados homólogos de una célula germinal diploide, da lugar a 2 células hijas con distinta dotación genética, ya que hay entrecruzamientos o recombinación). o Fases: Profase I, Metafase I, Anafase I, Telofase I. (Profase I muy larga). La primera división de la meiosis no produce todavía las células haploides que serán los gametos (n), (sino 1n2cromátidas). Por eso es necesaria una segunda división, la meiosis II.  Meiosis II (las 2 células de la primera división, con sus cromátidas hermanas recombinadas, se separarán, dando cada una de ellas a 2 células haploides, que llevarán una de las dos cromátidas). En total, 4 células haploides genéticamente distintas entre sí y a la célula madre. o Fases: Profase II, Metafase II, Anafase II, Telofase II.

Fases primera división meiótica: -

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Profase I: se hacen visibles los cromosomas; los pares de cromosomas homólogos (duplicados) se emparejan juntos. Los pares de cromosomas homólogos son iguales en cuanto tamaño, forma, pero una dotación genética distinta (presentan variaciones de un mismo gen, alelos). Las cromátidas-no hermanas de cada cromosoma homólogo se entrecruzan, uniéndose por lugares comunes (quiasmas) intercambiando así el material genético por recombinación (ver figuras diapositivas siguientes). Metafase I: los cromosomas homólogos (con entrecruzamientos) se disponen en el ecuador del huso (tetrámeros) formando la placa metafásica (tetravalente: con 4 cromátidas). Anafase I: cada cromosoma homólogo migra a un polo opuesto de la célula llevando consigo (tras el entrecruzamiento) material genético del otro cromosoma homólogo del otro progenitor. Telofase I: formación de dos células hijas con núcleos que todavía no son haploides (son 1n2cromátidas). Necesitan otra división para que se separen las cromátidas hermanas recombinadas. Entre la primera y segunda división meiótica no existe fase S, no hay duplicación de ADN.

MEIOSIS -

Fases de la segunda división meiótica (ver diapositiva):  Profase II.  Metafase II.  Anafase II.



Telofase II: formación de cuatro células hijas con núcleos haploides (n= 23) que se han entrecruzado intercambiando material genético (variabilidad genética: entre sí y con la célula madre).

MEIOSIS O DIVISIÓN CELULAR SEXUAL Cada cromosoma homólogo de un individuo procede de cada uno de sus progenitores: la información genética de los cromosomas homólogos no es idéntica, ya que procede de individuos distintos. Los cromosomas homólogos se aparean formando tétradas en la placa metafásica (tetravalente). Cada cromosoma está formado por dos cromátidas hermanas, como ya sabemos. El/los quiasma/s mantiene unidos a los cromosomas homólogos para el entrecruzamiento (crossing over) o recombinación genética entre cromosomas homólogos materno y paterno (entre las cromátidas no hermanas: azul y roja en la figura). Al separarse después, cada cromátida será distinta a la inicial (cromátidas recombinadas) al llevar un fragmento del otro cromosoma homólogo: variabilidad genética en la especie. Diferencias entre la placa metafásica en mitosis y Metafase I de la meiosis: -

En mitosis. Placa metafásica simple, bivalente (dos cromátidas), no hay entrecruzamiento. En meiosis, metafase I. Placa metafásica compleja, tetravalente (dos cromosomas homólogos-el paterno y el materno- forman 4 cromátidas con entrecruzamiento).

COMPARACIÓN MITOSIS Y MEIOSIS: MITOSIS En células somáticas y germinales. Una división. En la Profase no se emparejan cromosomas homólogos. Los cromosomas se alinean individualmente en el ecuador del huso en la Metafase. Los cromosomas no se entrecruzan. Solo hay una Anafase, en que se separan las cromátidas hermanas, que son iguales genéticamente. Células hijas igual número de cromosomas que la madre (2n), e.d., son diploides (2n)...