Organización estructural de los seres vivos PDF

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Organización estructural de los seres vivos. Células y tejidos. Niveles de organización en biología: El primer nivel de organización en biología es la “célula”, la forma más sencilla de vida. Agrupaciones de células constituyen el siguiente nivel de organización, “los tejidos”; un conjunto de tejidos constituyen los “órganos”; a su vez, conjuntos de órganos son los componentes de un “organismo”. Los organismos se agrupan para dar un nivel superior de organización “las poblaciones”; agrupaciones de poblaciones dan “comunidades”. En el momento en el que la biología analiza el comportamiento de las comunidades en un medio físico, surge un nivel superior de organización, “los ecosistemas”; y la interacción entre diversos ecosistemas compone el nivel de organización biológica más grande, “la biosfera”. La célula como unidad fundamental de los seres vivos: La unidad fundamental de los seres vivos es la célula, ya que esta es la unidad mínima capaz de realizar las funciones esenciales que definen un ser vivo (nutrición, relación y reproducción). El resto de organismos son el resultado de un conjunto de células especializadas con un funcionamiento coordinado y simultáneo que les confiere propiedades emergentes. Todas las siguientes son propiedades básicas de las células excepto una, ¿cuál? a) Las células tienen núcleo y mitocondrias b) Las células tienen sistemas genéticos completos. c) Las células son capaces de reproducirse d) Las células son capaces de responder a estímulos. a) Las células tienen núcleo y mitocondrias: esta propiedad es exclusiva de las células eucariotas mientras que el resto de propiedades son comunes a cualquier tipo de célula. La aparición de las primeras células: Stanley Miller comprobó con un experimento en los años 50, en el que al subministrar unas descargas eléctricas en unas condiciones atmosféricas semejantes a las existentes en la primitiva Tierra (carácter reductor) con amoníaco, hidrógeno y metano (NH3, H2 y CH4), en presencia de vapor de agua, se sintetizan de forma espontánea, aminoácidos y diversas moléculas orgánicas. Una vez comprobado que era plausible la síntesis espontánea de moléculas orgánicas, era preciso comprobar si estas podían polimerizar y dar lugar a macromoléculas (componente básico de cualquier ser vivo), hecho actualmente demostrado en determinadas condiciones prebióticas que se pudieron dar en la Tierra. Una vez conocido este hecho, había que averiguar cuál era la macromolécula capaz de replicarse por si misma y evolucionar. El siguiente gran paso en el descubrimiento del origen de las primeras células tuvo lugar en los años 80, con el descubrimiento de que el ARN es una molécula capaz de catalizar reacciones químicas como la polimerización de nucleótidos; por lo que resulta ser la única macromolécula capaz de actuar como molde para la replicación de la información genética y catalizarla (ARN de autorreplicación). En este punto de la aparición de las actuales células, ya existen los componentes necesarios para la síntesis de una célula con el material genético codificado en el ARN; se cree

que tuvo lugar el recubrimiento del ARN de autorreplicación por una membrana de fosfolípidos. Por invaginaciones de la membrana celular, se creó el primer orgánulo celular, “el núcleo” (de ahí que sea una doble membrana); en este compartimento los aminoácidos y el ARN evolucionaron a lo que hoy es el material genético (sustituyéndose de este modo e ARN, por el ADN). Las células primitivas no precisaban de un sistema metabólico ya que abundaban en su medio fuentes de macromoléculas (nutrientes) y energía, pero necesitaban evolucionar para generar sus propios mecanismos de síntesis energética (ATP) y molecular para su replicación. Los mecanismos de síntesis de ATP, evolucionaron a lo largo de la historia de la célula, llegando a cambiar la composición atmosférica Terrestre, alterando de este modo el curso de la evolución. En un principio la ausencia de oxígeno impedía el metabolismo oxidativo de las células eucariotas actuales (estas no existían), por lo que los organismos procariotas constaban de un simple mecanismo de glicólisis (de escasa eficacia energética); seguidamente se produjo un nuevo salto evolutivo, en este, los organismos no precisaban captar las macromoléculas del medio, si no que las podían sintetizar a partir de fuentes inorgánicas y energía lumínica “fotosíntesis”; como subproducto de las reacciones de fotosíntesis se liberaba oxígeno (O2), adquiriendo la atmósfera terrestre un carácter oxidante, lo que permitió la evolución celular hacia un metabolismo oxidativo (con una mayor producción energética) ¿Cuál se cree que fue la molécula con la que se inició la evolución de los seres vivos y por qué? Según una teoría conocida como “el mundo del ARN” se cree que la molécula responsable del inicio de la evolución de los seres vivos fue el ARN, ya que según demostraron en los laboratorios de Sid Altman y Tom Cech, el ARN (ácido ribonucleico) es capaz de catalizar numerosas reacciones, incluyendo la polimerización de nucleótidos, por lo que resulta ser la única macromolécula de la célula capaz de servir de molde para la replicación del código genético y catalizar dicha reacción. El ARN y los aminoácidos constituían el material genético en un principio, pero con la evolución este fue reemplazado por el ADN (ácido desoxiribonucleico). Células procariotas y eucariotas. ¿Cuáles son los componentes de las células procariotas? Existen una serie de componentes comunes para todas las células procariotas: la membrana plasmática (una bicapa constituida por fosfolípidos y proteínas asociadas) cuyos plegamientos constituyen unas cavidades de almacenamiento de substancias (mesosomas), los ribosomas 70s, el ADN circular carente de una membrana que lo separe del resto del citoplasma, la pared bacteriana, las vesículas y las inclusiones (substancias que la bacteria almacena sin membrana) Algunos componentes comunes para muchos procariotas, es la presencia de plásmidos (fragmentos de ADN, que por mecanismos parasexuales causan de la variabilidad genética y evolución de las procariotas), y mecanismos dinámicos como pueden ser los cilios y los flagelos. ¿Cuáles son los componentes de las células eucariotas? A pesar de la existencia de dos tipos de células eucariotas bien diferenciadas, todas las células eucariotas constan de una serie de componentes comunes a todas ellas: membranas

plasmáticas, nucléolo, núcleo, ribosomas 80s, mitocondrias, lisosomas, peroxisomas, Aparato de Golgi, Retículo endoplásmático (puede ser rugoso (RER), que tiene adheridos a la membrana externa ribosomas, o liso (REL) carente de ellos) y diversas macromoléculas constituyentes de sus respectivos citoesqueletos. Componente exclusivo de las células eucariotas animales: centríolo Componentes exclusivos de las células eucariotas vegetales: cloroplastos, pared vegetal y vacuolas. Haz un cuadro comparativo de las características de las células procariotas y eucariotas. Células Eucariotas Células Procariotas

Célula animal

Célula vegetal

Con pared celular

Sin pared celular

Con pared celular

Con membrana plasmática

Con membrana plasmática

Con membrana plasmática

Sin núcleo

Con núcleo y nucléolo

Con núcleo y nucléolo

Ribosomas 70s

Ribosomas 80s

Ribosomas 80s

Sin mitocondrias

Con mitocondrias

Con mitocondrias

Sin cloroplastos

Sin cloroplastos

Con cloroplastos

Sin centriolo

Con centriolo

Con centrosoma difuso

Presencia de plásmidos

Carencia de plásmidos

Carencia de plásmidos

Carente de orgánulos a parte de los Presencia Aparato de Golgi, ribosomas RER, REL, Lisosomas y peroxisomas

Presencia Aparato de Golgi, RER, REL, Lisosomas y peroxisomas

Sin vacuola

Con vacuola

Sin Vacuola

¿Cuáles son los dos grandes grupos de organismos procariotas? Los dos grandes grupos de organismos procariotas son las “Arqueobacterias”, procariotas extremófilas que prevalecieron en las arduas condiciones de pH, temperaturas y sustancias químicas de la primitiva Tierra, (como las cianobacterias) y las “Eubacterias”, procariotas más comunes en la actualidad, carecen de la capacidad de sobrevivir en ambientes extremos de las arqueobacterias. ¿Cuál es el origen de la célula eucariota? Se estipula que los organismos procariotas actuales son el resultado de un doble proceso. Por una parte, las invaginaciones de la membrana celular dieron lugar a la formación de orgánulos (aparato de Golgi, lisosomas, retículo endoplasmático…) constituyendo una célula eucariota ancestral conocida como “Urcariota”; una vez sintetizada este tipo de células, éstas fagocitan organismos procariotas ancestrales con los que establecen una relación de endosimbiosis. En función del tipo de procariota fagocitado surgieron eucariotas vegetales (por fagocitosis de eubacterias fotosintéticas, antecesores de los cloroplastos) o eucariotas animales

(fagocitosis de eubacterias aerobias, antecesoras de las mitocondrias). Esta teoría está muy aceptada debido a la presencia de ADN propio en mitocondrias y cloroplastos y a su tamaño (lo que hace pensar que en un pasado pudieron ser organismos procariotas.) ¿Qué simbiosis se piensa que han tenido lugar durante la evolución de las células eurariotas? Se piensa que durante la evolución celular se estableció una simbiosis entre células procariotas primitivas (actuales mitocondrias y cloroplastos) y una célula eucariota primitiva “Urcariota”. Células animales y vegetales. Haz un cuadro comparativo de las características de las células animales y vegetales. Célula animal

Célula vegetal

Sin pared celular

Con pared celular

Ribosomas 80s

Ribosomas 80s

Con núcleo y nucléolo

Con núcleo y nucléolo

Ribosomas 80s

Ribosomas 80s

Con mitocondrias

Con mitocondrias

Sin cloroplastos

Con cloroplastos

¿Qué características identifican a una célula como vegetal? Una célula se identifica como vegetal por la presencia de cloroplastos, pared celular, vacuolas y un centrosoma difuso, por lo demás es igual a cualquier otra célula eucariota.

Organismos multicelulares: Se estima que el desarrollo de Con centriolo Con centrosoma difuso organismos multicelulares a partir Presencia Aparato de Presencia Aparato de de organismos eucariotas Golgi, RER, REL, Lisosomas Golgi, RER, REL, Lisosomas unicelulares tuvo lugar hace unos y peroxisomas y peroxisomas 1000-2000 millones de años; y se cree que surgió por la necesidad de Sin Vacuola Con vacuola adaptación y aumento de complejidad de los organismos eucariotas. El aumento de la especialización celular y la división del trabajo en las células de los organismos multicelulares simples, dio lugar a la complejidad y diversidad de los distintos tipos de células que componen las planas y animales actuales. Las plantas constan de menos tipos de células que los animales, pero cada clase de célula vegetal está especializada para realizar funciones específicas requeridas por el organismo en su conjunto. Virus: partículas microscópicas acelulares, constituidas por un fragmento de ácido nucleico (ADN o ARN), al que rodea una cápsula proteica (son parásitos obligados). En función del organismo que parasiten pueden ser “bacteriófagos” o “virus animales”. Viroides: agentes infecciosos (los más pequeños conocidos) constituidos por fragmentos de ARN monocatenario que parasitan exclusivamente plantas. Priones: Moléculas infecciosas de proteína que se sitúan en la membrana de las neuronas y causan enfermedades. ( como fue el caso de las “Vacas Locas”). Vías líticas y lisogénicas de la infección viral: se semejan en que son dos mecanismos de multiplicación vírica y que precisan penetrar las barreras celulares. Existen grandes diferencias dentro del mecanismo de actuación.

Mientras en el ciclo lítico, el virus una vez penetrado se sirve de los mecanismos celulares para realizar infinidad de copias de si mismo y de sus componentes, para posteriormente pasar por un proceso de ensamblaje y maduración de dicho virus, que rematará con la lisis de la célula huésped y liberación de los viriones; en la fase lisogénica no tiene lugar dicha lisis celular, simplemente el material genético del virus se integra en el de la célula huésped (estado prófago), replicándose cuando se replica el ADN celular. Hay virus que mezclan ambas vías, como el Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH). Virus y virión: un virus y un virión son lo mismo, la diferencia reside en que el virión es el virus en fase extracelular. ¿Por qué el conocimiento adquirido estudiando un tipo celular u organismo contribuye al conocimiento de otros? El conocimiento adquirido estudiando un tipo celular u organismo contribuye al conocimiento de otros debido a que las propiedades fundamentales de todas las células se han conservado durante la evolución. ¿Cuáles son los organismos que se usan como modelos experimentales y por qué? ¿Cuáles son las ventajas que aporta el uso de cada uno de ellos? Los organismos que se usan como modelos experimentales son muy variados: Para el estudio de los aspectos fundamentales de la biología molecular, las células procariotas son los modelos ideales debido a la simplicidad de su comparativa. La bacteria “E. Coli” es la más estudiada; entre sus ventajas se encuentran el reducido número de genes (4300), que facilita su estudio genético; su rápido crecimiento y los simples requisitos nutricionales facilitan los experimentos fundamentales de la biología molecular y la bioquímica. Para el estudio de la estructura y función de las células eucariotas no se puede recurrir a un organismo procariota, por lo que las levaduras (eucariotas más simples) resultan ideales debido a que los principios generales de la estructuras y funciones celulares revelados por los estudios de las levaduras se pueden aplicar a todas las células eucariotas. La levadura de más estudiada es el “Saccharomyces Cerevisiae” con unos 6000 genes (aporta ventajas similares a la bacteria E. Coli.) Para el estudio del desarrollo y diferenciación celular en animales es preciso un organismo multicelular eucariota; estos organismos pueden ser el “caenorhabdits elegans”, una lombriz de una simplicidad mayor a la del genoma humano, o la mosca de la fruta “Drosophila melanogaster”; ambos tienen ciclos reproductivos relativamente cortos (unas 2 semanas) Para el estudio del desarrollo y diferenciación de las células vegetales se recurre a la planta “Arabidopsis thaliana”, que aporta las ventajas de simplicidad genómica y la facilidad para generar cultivos, común a la Drosophila o al C.Elegans. El estudio genómico, del desarrollo y especialización de las células de los vertebrados se recurre a organismos como la rana “Xenopus laevis” (pone un gran número de huevos de un diámetro de 1mm, que se desarrollan fuera de la madre, todas las etapas del desarrollo desde el huevo hasta el renacuajo se pueden estudiar con facilidad) o el “pez cebra”, de gran importancia para estudios genéticos del desarrollo de los vertebrados. Este último se

reproduce con rapidez (tiempo de generación de 3-4 meses); los embriones se desarrollan fuera de la madre y son transparentes, por lo que las primeras etapas del desarrollo pueden ser observadas con claridad. El pez cebra es un vertebrado de fácil estudio que promete ser el puente entre los humanos y los sistemas más simples de invertebrados como el C. elegans o la Drosophila. Entre los mamíferos el ratón es el más manejable para los estudios genéticos....