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INSTITUCIÓN EDUCATIVA “JULIO CÉSAR GARCIA”ÁREA DE CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL

PROFESOR: EDUARDO JAIME VANEGAS LONDOÑO

LA DIVERSIDAD Y ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS

5.La diversidad y organización de los seres vivos1.-El concepto de ser vivo o unidad de C

Un ser vivo es un conjunto de materia inorgánica y orgánica organizadas

RELACIÓN CON EL MEDIO (intercambio de información con el medio)

REPRODUCCIÓN (fabricación de copias autónomas)

DESARROLLO (incremento de biomasa con autoorganización antientrópica)

…y con información genética que se expresa en forma de proteínas

…con las siguientes funciones

La propiedad que tienen los organismos de autoorganizarse a partir del entorno y de autoperpetuarse mediante un código genético traducido en proteínas

¿Qué es la VIDA?

La célula es la unidad más elemental que cumple estos requisitos (seres vivos unicelulares y pluricelulares)

¿Un virus es un ser vivo?

¿Un virus es una célula?

5.La diversidad y organización de los seres vivos2.-La organización de los seres vivos (niveles de organización)

•Biosfera

Ecosistema

•Comunidad (biocenosis)

•Población

Grupo

•Individuo (organismo)

•Sistema (aparato)

•Órgano

•Tejido

•Célula•OrgánuloMolécula

•Átomo

5.La diversidad y organización de los seres vivos3a.-Constituyentes químicos de los seres vivos

• Bioelementos– Primarios o esenciales (CHONPS) (96,6%).

Forman enlaces covalentes• Cadenas …C-C-C-C-C=C-C…

– Secundarios (Ca, Na, K, Mg, Cl) (3,3%). Contracción muscular, sinapsis neuronal, fotosíntesis…

– Oligoelementos (Fe, I, Mn, Cu, Zn,) (0,1%). Cofactores enzimáticos

• Biomoléculas– Inorgánicas

• Agua (60-90% en seres vivos)• Sales minerales

– Orgánicas• Glúcidos• Lípidos• Proteínas• Ácidos nucléicos

Los grupos funcionales confieren determinadas propiedades químicas a las moléculas en las que están integrados

5.La diversidad y organización de los seres vivos3b.-El agua y sus propiedades

• Agua (H2O): Enlaces covalentes y polaridad de

cargas (dipolo) por electronegatividad del oxígeno.

• Propiedades. Los enlaces por puentes de H condicionan propiedades:– Tensión superficial: ascenso por

capilaridad (savia bruta en xilema); zapateros (Gerris sp.).

– Calor específico: Regulación térmica en los organismos.

– Conductividad térmica elevada (transporte rápido de calor a través de cuerpo de organismo pluricelular)

– Poder disolvente (sobre sustancias iónicas y polares). El agua es un buen medio de reacción (ionización, hidrólisis).

5.La diversidad y organización de los seres vivos3c.-Sales minerales y procesos osmóticos (I)

• Sales minerales = aniones y cationes en agua (sulfatos, fosfatos, carbonatos, sodio, potasio, calcio, etc.)

• PROCESOS OSMÓTICOS. – Tienen lugar a ambos lados de una membrana

semipermeable (como la membrana plasmática, p. ej.).

– El soluto no pasa por la membrana semipermeable (si no hay transporte activo), pero el agua difunde libremente.

– Medio hipertónico, hipotónico, isotónico.– Movimientos del agua.– Estados de plasmolisis o turgencia (estomas o

forma de eritrocitos)

5.La diversidad y organización de los seres vivos3c.-Sales minerales y procesos osmóticos (II)

Isotonía en células epidérmicas de cebolla Plasmólisis en células epidérmicas de cebolla

Si añadimos una solución hipertónicaAntes Después

El citoplasma y la membrana plasmática que lo envuelve reducen sus dimensiones

Las paredes celulares, rígidas, no modifican sus dimensiones

Límites de la pared celular y de la membrana plasmática contigua

5.La diversidad y organización de los seres vivos3d.-Biomoléculas orgánicas

• Glúcidos (=hidratos de carbono)• Grupos funcionales aldehídos o cetonas• Monosacáridos (glucosa, fructosa, ribosa, desoxirribosa)• Disacáridos (lactosa, sacarosa)• Polisacáridos (polímeros de monosacáridos)

– De reserva energética: almidón, glucógeno– Estructurales: quitina, celulosa

• Lípidos• Grasas (llevan ácidos grasos)• Fosfolípidos (llevan ácidos grasos, glicerina y PO4

3-)• Terpenos (carotenos –β-caroteno--, mentol…)• Esteroides (colesterol, testosterona, estrógenos, ecdisona)

• Proteínas• Polímeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos• Clasificación según función: estructurales (colágeno),

transportadoras (hemoglobina), hormonales (insulina), inmunológicas (inmunoglobulinas), enzimáticas (pepsina)

• Ácidos nucléicos• Polímeros de nucleótidos (= nucleósidos fosfato)• Nucleótido = monosacárido (ribosa/ARN, desoxirribosa/ADN), +

base nitrogenada (A, G, C, T, U) + PO43-

hidrógeno

oxígeno

fósforo

RECUERDA: Los ácidos grasos no son lípidos, pero sí forman parte de ellos

RECUERDA: Los aminoácidos no son proteínas, pero sí forman parte de ellas

5.La diversidad y organización de los seres vivos3e.-Glúcidos

ribosa

glucosa

Un componente del almidón: la amilosa

Unidades de glucosa en la amilosa

5.La diversidad y organización de los seres vivos3f.-Lípidos

Esteroides

Aunque no son lípidos, los ácidos grasos forman lípidos

Membrana plasmática Cara externa

Cara interna

5.La diversidad y organización de los seres vivos3g.-Proteínas

Hemoglobina

Aquí va el oxígeno

Cadena de aminoácidos

Para que los monómeros (aminoácidos) se polimericen (polipéptidos o proteínas), ha de realizarse enlaces peptídicos

Dos formas diferentes de representar las proteínas

Una proteína de n aminoácidos contendrá n-1 enlaces peptídicos

5.La diversidad y organización de los seres vivos3h.-Ácidos nucléicos

Un nucleótido, monómero del ARN

¿Desoxirribosa?

¿Ribosa?

El ARN-t interviene en la síntesis de proteínas

Filamento de ADN con varios puntos de replicación

Grupos funcionales fosfato y amino

Superenrollamiento del ADN

5.La diversidad y organización de los seres vivos4.-La ordenación de la biodiversidad (I)

• El concepto de especie: – conjunto de individuos descendientes de

antecesores comunes, con características semejantes morfológicas, fisiológicas y de comportamiento, y capaces de reproducirse entre sí y dar lugar a descendencia fértil.

– Las especies no son inmutables Las especies evolucionan

• La Taxonomía y la nomenclatura binomial: Cómo clasificar y ordenar las especies– Carl von Linnè (Linnaeus; Linneo) (1758)– Taxones– Nombre científicio =

• Primer nombre (género) (mayúscula)– Segundo nombre (minúscula)

» Abreviatura del clasificador primero (entre paréntesis si revisado por otro autor)

Nombre del género

Nombres de especie = nombres específicos

5.La diversidad y organización de los seres vivos4.-La ordenación de la biodiversidad (II)

La sistemática en el reino metafitas y en el reino metazoos: TAXONES

Taxón Orden

Taxón Familia

5.La diversidad y organización de los seres vivos4.-La ordenación de la biodiversidad (III)

• Instrumentos de la Sistemática:– Órganos análogos (inapropiados)– Órganos homólogos: origen común– Proteínas (específicas de cada taxón)– ADN (genoma)

• Categorías de Margulis y Schwartz (1980): 5 Reinos:– Moneras– Protistas ( = Protoctistas)– Hongos (= Fungi)– Metafitas– Metazoos

• Los dominios (sistemática basada en comparación de secuencias génicas de los ribosomas):– Bacteria– Archaea (arqueobacterias)– Eukarya

Órganos análogos Órganos homólogos

Todos los seres vivos en 5 Reinos

Reino Moneras

Reino Hongos

Reino Metazoos

Reino Protistas

Reino Metafitas

Todos tienen células procarióticas

Todos tienen células eucarióticas

Todos pluricelulares

Unicelulares

Unicelulares y Pluricelulares

5.La diversidad y organización de los seres vivos4.-La ordenación de la biodiversidad (IV)

• Lo que no debe serOreophitecus bambolii

Lo que sí debe ser

Un titular de El País

5.La diversidad y organización de los seres vivos4.-La ordenación de la biodiversidad (IV)

Lo que no debe ser

Lo que sí debe ser

Un folleto recogido en

AGROPEC

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.1.-La evolución prebiótica (I)

• Las primeras biomoléculas, formadas a partir de sustancias sencillas como H20, CH4, CO2 (escaso en la original atmósfera reductora supuesta), CO, N2, NH3, H2, SH2 y PO4

3- (disuelto en el agua) (muchas de ellas provenientes de la actividad volcánica), participantes en reacciones químicas catalizadas por la energía de los rayos, del calor geotérmico y de la luz UV del Sol.

• ¿Resultado? Según el experimento de Miller y Urey, en el que recrearon la atmósfera primitiva propuesta por Oparin (1920):

• 2CH4 + N2 2CNH (ác. cianhídrico)+ 3H2

• CO + NH3 CNH + H2O• El HCHO (formaldehído) se forma fácilmente en

experimentos de simulacro de la primitiva Tierra.

• Cuando es calentado en presencia de caliza: HCHO + CO3Ca diversos monosacáridos

El experimento de Miller y Urey (1953)

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.1.-La evolución prebiótica (II)

Algunas moléculas obtenidas en el experimento de Miller & Urey (1953)

HCHO

HCN

CH3-CHO

Formación de cadenas hidrocarbonadas sencillas

La formación de adenina a partir del ácido cianhídrico (Oró, 1960)

aminoácidos

www.astromia.com/biografias/joanoro.htm

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.1.-La evolución prebiótica (III)

HCHO: formaldehídoHCOOH: ác. fórmicoCH3-COOH: ác. acético

Cadenas hidrocarbonadas

Moléculas anfipáticas (fosfolípidos)Vesículas monocapa (micelas)

En el mar y a cierta profundidad para evitar daños en las moléculas por los rayos UV

Posible contenido atrapado:

Adenina, aminoácidos sencillos, fosfatos, monosacáridos sencillos

Bicapa lipídica

Monocapa Bicapa

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.1.-La evolución prebiótica (IV)

• Queda pendiente:1. Formación de enlaces peptídicos para formar

proteínas sencillas.2. Que se unan las adeninas a los monosacáridos

sencillos provenientes del HCN.3. Que el fosfato se una al resultante de las

uniones de adenina y monosacárido4. Que los nucleótidos resultantes se unan entre

sí por enlaces fosfodiéster

• Pero…1. Para formar enlaces peptídicos se necesitan

enzimas que catalicen esas reacciones de formación de enlace.

2. Para formar estos enlaces también se precisan enzimas

3. También hacen falta las enzimas correspondientes

4. Lo mismo de lo mismo

¿Dónde están las enzimas para catalizar la formación de estos enlaces?

Recuérdese: para que haya enzimas tiene que haber ADN: ADN ARN Proteínas

¿Dónde el ARN o el ADN necesario para todo esto?

Tal vez la solución esté en las RIBOZIMAS descubiertas por Cech (1989), híbridos entre sencillos ARN y sencillas PROTEÍNAS ENZIMÁTICAS muy parecidos a los actuales RIBOSOMAS (órganulos imprescindibles en la síntesis de proteínas actual)

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.2.-La evolución prebiótica (V)

Ribozimas catalizan formación de enlaces peptídicos y fosfodiéster

ProtoARN

ARN

ADN

Síntesis de proteínas Síntesis de enzimas

Duplicación de cadena

PolimerizaciónLa síntesis de proteínas hoy día

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.2.-La organización de la célula procariótica

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.3.-La evolución biótica hacia la célula eucariótica (I)

Célula procariótica primitiva de tipo Archibacteria

Célula procariótica primitiva de tipo Espiroqueta

Célula procariótica con nuevos genes y metabolismo más complejo (anaerobio fermentativo)

Hipótesis de Gupta y Margulis

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.3.-La evolución biótica hacia la célula eucariótica (II)

Hipótesis de L. Margulis(teoría endosimbíótica)

Célula eucariótica aerobia heterótrofa

Célula eucariótica aerobia autótrofa

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.3.-La evolución biótica hacia la célula eucariótica (un resumen)

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.5.-La evolución eucariota: los seres pluricelulares

Colonia de células eucarióticasNo es un individuo pluricelular

Cadenas de células procarióticas (Algas Cianofíceas)

5.La diversidad y organización de los seres vivos5.-El origen y la diversificación de la Vida

5.5.-La evolución eucariota: los seres pluricelularesProcesos para la reproducción asexual y el incremento de la biomasa: la MITOSIS + CITOCINESIS

• CICLO CELULAR = Interfase + M! Interfase = G1+ S + G2

• G1: Aumento de tamaño, síntesis de ATP y de ARN (transcripción) para la síntesis de proteínas)

• S: Replicación del ADN (se hacen copias de las cromátidas provenientes de la Telofase)

• G2: Aumento de tamaño (preparación para la división), más transcripciones y síntesis de dos nuevos centríolos

Ciclo celular

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.5.-La evolución eucariota: los seres pluricelulares

Procesos para la reproducción asexual y el incremento de la biomasa: MITOSIS + CITOCINESIS

• PROFASE:– Condensación cromatina cromosomas (2

cromátidas)– Cada par de centríolos a un polo– Formación de microtúbulos huso acromático– Microtúbulos se unen a cinetocoro del

centrómero– Desaparece la membrana nuclear (carioteca)

• METAFASE– Cromosomas se ubican todos en plano ecuatorial– Placa metafásica

• ANAFASE– Microtúbulos se acortan– Cromátidas de cromosomas se separan– Agrupamiento de las cromátidas en cada polo

• TELOFASE– Cromátidas se desespiralizan cromatina– Se reconstruye membrana nuclear

Mitosis Videoclip

Embriogénesis nemátodo

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.5.-La evolución eucariota: los seres pluricelulares

Proceso para la formación de gametos para la reproducción sexual: MEIOSIS (I)

• Primera división ( = división reduccional)– Profase I

• Leptoteno– Condensación de cromatina– No se distinguen cromátidas

• Zigoteno– Apareamiento de cromosomas homólogos– Se forma el complejo sinaptonémico (2 cromosomas,

4 cromátidas)– Bivalente (= 1 par de homólogos apareados)– Tétrada (= Conjunto de 4 cromátidas de un complejo

sinaptonémico)• Paquiteno

– Sobrecruzamiento o intercambio de fragmentos entre cromátidas no hermanas

• Diploteno– Quiasmas– Desempaquetamiento de los cromosomas

• Diacinesis– Terminalización de los quiasmas– Nuevo empaquetamiento de los cromosomas– Se distinguen las cromátidas– Desaparece la carioteca

– Metafase I• Los pares de homólogos se ubican en el plano ecuatorial

– Anafase I• Separación de los homólogos• Cada cromosoma contiene dos cromátidas que,

probablemente, ya no son idénticas– Telofase I

• Desparecen los microtúbulos• Reconstrucción de las cariotecas

Leptoteno

Diploteno

Diacinesis

Zigoteno Paquiteno

Tras la Citocinesis I se obtienen dos células haploides

La segunda división consta de PII, MII, AII y TII y es básicamente igual a una M!, con la salvedad de que los cromosomas tienen sus cromátidas hermanas genéticamente diferentes

Al final de la R! se obtienen cuatro células haploides (gametos) con cromátidas

Meiosis Animación I Meiosis animación II Meiosis animación III

5.La diversidad y organización de los seres vivos

5.-El origen y la diversificación de la Vida5.5.-La evolución eucariota: los seres pluricelulares

Proceso para la formación de gametos para la reproducción sexual: MEIOSIS (II)

El sobrecruzamiento resulta en un intercambio de genes entre cromátidas no hermanas que, a la postre, genera variabilidad gamética y, por tanto, variabilidad poblacional

BIVALENTE

TÉTRADA

El sobrecruzamiento en paquiteno

Quiasma

Las cromátidas hermanas dejan de ser genéticamente idénticas

Algunas fotografías de TEM de la meiosis

Diacinesis

Diploteno

Leptoteno Zigoteno Paquiteno