Operación mundo: Biología y Geología 4º ESO (demo)

Índice

Los saberes básicos del curso

El método científico

1. El método científico 2. La investigación en el laboratorio 3. La investigación en la naturaleza 4. La búsqueda de información

10

Bio Board Game 28

1 La célula: la base de la vida

30

• Gerti Cori. La química de las células 1. La composición de la materia viva 2. La célula 3. Las células procariotas 4. Las células eucariotas 5. La función de nutrición en las células eucariotas 6. La función de relación en las eucariotas 7. La función de reproducción en las eucariotas Comprende, reflexiona y pon a prueba tus competencias

2 La información genética

46

• Rosalind Franklin. ADN a la luz de los rayos X 1. Los ácidos nucleicos 2. La expresión de los génes. Síntesis de proteínas 3. La transmisión de la información genética 4. La mitosis y la citocinesis 5. La meiosis y la reproducción sexual Comprende, reflexiona y pon a prueba tus competencias

3 La herencia biológica 64

• Francis Mójica. El valor de la investigación básica 1. De los caracteres a los genes 2. Los experimentos de Mendel 3. Las leyes de Mendel 4. Excepciones a las leyes de Mendel 5. Las mutaciones 6. Las técnicas de ingeniería genética 7. Aplicaciones de la ingeniería genética Comprende, reflexiona y pon a prueba tus competencias

¡Listos para la erupción! 88

4 El origen y la evolución de la vida

• Kamoya Kimeu. Un rastreador de los ancestros

1. El origen de la biodiversidad

2. Las primeras teorías sobre el origen de la biodiversidad 3. Las teorías evolutivas actuales 4. Las pruebas de la evolución 5. La evolución humana

90

7 La Tierra y su dinámica 164

• Mary Anning. Una vida entre fósiles 1. El registro de la historia de la Tierra 2. La datación del registro 3. El tiempo geológico. Una historia de cambios Comprende, reflexiona y pon a prueba tus competencias

6. Las hipótesis sobre el origen de la vida Comprende, reflexiona y pon a prueba tus competencias

5 La Tierra y su dinámica 122

• Marie Tharp. La cartógrafa de lo invisible

1. La composición y la estructura del interior de la Tierra 2. La dinámica terrestre 3. La teoría de la tectónica de placas 4. Consecuencias de la dinámica terrestre 5. La evolución del relieve terrestre

6. El estudio del relieve. Mapas y perfiles Comprende, reflexiona y pon a prueba tus competencias

6 El universo 140

• Carl Sagan. Divulgando el espacio

1. El universo

2. Las galaxias y las estrellas 3. El sistema solar 4. La Tierra y la Luna 5. Los movimientos de la Tierra 6. Los eclipses y las mareas 7. La vida en el universo: la astrobiología Comprende, reflexiona y pon a prueba tus competencias

8 El medioambiente y el ser humano

178

• Katshuko Saruhashi. Protectora del Pacífico 1. El medioambiente y su situación actual 2. La gestión sostenible de los recursos de la biosfera 3. La gestión sostenible del agua 4. La gestión sostenible de la energía

1La célula: la base de la vida

GERTI CORI.

La química de las células

¿Has imaginado alguna vez de qué está hecho tu cuerpo? Es la suma de tus órganos, formados por tejidos variados, compuestos por células, ellas mismas ensambladas a partir de todo tipo de moléculas. ¿Cómo funcionaremos a ese nivel tan minúsculo? Eso me preguntaba yo.

Soy Gerty Cori. Nací en 1896 en Praga, que hoy forma parte de la República Checa. Desde adolescente sentí curiosidad por la salud así que me esforcé para aprobar a los 18 años el examen de acceso a la Facultad de Medicina de la Universidad de Praga. Allí, en clase, conocí a Carl Ferdinand Cori. Yo aún no lo sabía, pero aquel chico de frente altísima no solo se convertiría en mi marido, sino también en el compañero con quien investigaría el resto de mi vida.

En 1920, una vez me casé y obtuve mi doctorado, nos trasladamos a Viena. Yo me uní al equipo de pediatría del Children’s Carolinen’s Hospital mientras que Carl trabajaba en un laboratorio. Lamentablemente, la estabilidad no duró. La I Guerra Mundial había dejado a Europa arrasada de miseria, hambre y miedo. Solo

dos años después, en 1922, tomamos la decisión de emigrar y probar suerte en Estados Unidos.

Sinceramente, allí tampoco encontré un camino de rosas. Carl y yo estábamos investigando el metabolismo de las células, pero a pesar de que él siempre defendió mi talento y experiencia, los centros de investigación eran reacios a conceder puestos relevantes a mujeres. Durante años me vi abocada a cobrar mucho menos que él, pese a trabajar y publicar juntos. Afortunadamente, mi tesón acabó dando resultados. En 1943, la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington se dignó a ofrecerme un puesto como profesora asociada, y en 1947, como titular. Por fin.

Y eso no es todo, aquel mismo año nos concedieron nada menos que un Premio Nobel por nuestro descubrimiento más relevante: el «ciclo de Cori». Es el mecanismo de circulación cíclica de la glucosa y el lactato entre el músculo y el hígado. ¡Gracias a ello me convertí en la primera mujer reconocida con un nobel de Fisiología o Medicina!

SITUACIÓN DE APRENDIZAJE

¿Qué vas a descubrir?

En esta unidad

• Gerti Cori. La química de las células

1. La composición de la materia viva 2. La célula 3. Las células procariotas 4. Las células eucariotas 5. La función de nutrición en las eucariotas 6. La función de reelación en las eucariotas 7. La función de reproducción en las eucariotas

• Comprende, reflexiona y pon a prueba tus competencias

En anayaeducacion.es

Para motivar

• Vídeo: Antes de empezar

• Conoce más a... … Rosalind Franklin

Para detección de ideas previas

• Presentación: Qué necesitas saber Para exponer

• Presentación: El transporte a través de la membrana

• Vídeos: La célula procariota; La célula eucariota animal; La célula eucariota vegetal.

Para ejercitar

• Actividades interactivas: Aprende jugando; Ponte a prueba

• Taller de ciencias: Extrae el ADN de las células

Y, además, toda la documentación necesaria para aplicar las claves del proyecto.

ELECCIÓN DEL JUEGO

1.1 Propón un juego de mesa, puedes basarte en uno que conozcas ya sea de preguntas, de dibujar o de averiguar palabras. En equipo, analizad el manual de reglas que hayáis elegido. Después, realizad un diagrama y evaluad las ventajas, desventajas y dificultades que tienen el juego que ha decidido tu grupo. En caso de que sea demasiado complejo decidid si es necesario plantear otra elección de juego.

1.2 Cread el tablero del juego de forma física con cartulina o cartón, o en formato digital utilizando una herramienta web como Trivinet, Mobbyt o Genially.

DISEÑO DE FICHAS, TARJETAS Y OTROS MATERIALES

2.1 Anotad y diseñad, en caso necesario, el resto de materiales que vayáis a necesitar para el juego: fichas, relojes, marcadores, dados, etc.

2.2 Elaborad las tarjetas del juego con información relativa a esta unidad: composición de la materia, la célula procariota y eucariota y sus funciones. Podéis usar medios físicos o digitales.

+ orientaciones en anayaeducacion.es

La composición de la materia viva

Los niveles de organización

Nivel órganos, aparatos y sistemas.

Los seres vivos, como el resto de materia del universo, están formados por átomos que se combinan entre sí. Sin embargo, la complejidad química y estructural de la materia viva es mucho mayor.

Esto es debido a la gran versatilidad química de las biomoléculas y al hecho de que los seres vivos se organizan en una serie de niveles de diferente complejidad que van mucho más allá de las moléculas.

1.1 Niveles de organización

Los niveles de organización de la materia viva son, de menor a mayor, los átomos, las moléculas, los orgánulos y las estructuras celulares, las células, los tejidos, los órganos, los aparatos y sistemas, que forman organismos, la población, el ecosistema y la biosfera.

Cada uno de estos niveles está formado por elementos del nivel anterior y, a su vez, se organizan en el siguiente nivel. Con cada nivel, la materia adquiere propiedades nuevas, que no estaban presentes en el nivel anterior y que llamamos propiedades emergentes; por ejemplo, al asociarse entre sí todos los tejidos que forman el corazón se adquiere la capacidad de bombear sangre.

Existen seres vivos que no presentan todos los niveles de organización. Algunos organismos, como, por ejemplo, los protozoos, son unicelulares y solo alcanzan el nivel celular. Otros organismos, como, por ejemplo, las algas, son pluricelulares pero no forman tejidos.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

1 Indica a qué nivel de organización de la materia viva corresponden los siguientes elementos: circulatorio, bacteria, mitocondria, ADN, calcio, sangre y colonia de aves.

2 Explica con tus palabras qué quiere decir que de un nivel a otro la materia adquiere propiedades emergentes.

3 Propón un esquema similar al de la imagen para indicar los niveles de organización de una planta. Aplícalo ahora al caso de un hongo que forma setas y para un organismo unicelular como, por ejemplo, un protozoo. ¿Qué diferencias observas con respecto al que aparece en el esquema de esta página?

1.2 La composición de la materia viva

Los seres vivos están formados por dos tipos de sustancias: las inorgánicas y las orgánicas o biomoléculas:

- Las sustancias inorgánicas. Se encuentran tanto en la materia viva como en la materia inerte; son el agua y las sales minerales.

- Las sustancias orgánicas o biomoléculas. También denominadas macromoléculas, son muy complejas. Estas moléculas son exclusivas de los seres vivos. Las principales son los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

4 ¿Qué pasaría si…? Explica qué pasaría en las células en estos dos supuestos: Si no existiese el agua y si no existiese el ADN. Para conocer cómo aplicar esta llave, consulta la información correspondiente en anayaeducacion.es

Función estructural. El agua es el componente mayoritario de los organismos y da volumen a las células.

Función metabólica. En ella tienen lugar todas las reacciones químicas celulares.

Función de transporte. Es el medio por el que circulan la mayoría de sustancias en el interior de los organismos.

Función termorreguladora. Ayuda a mantener constante la temperatura de los seres vivos.

Función estructural. Por ejemplo, los carbonatos forman los caparazones o conchas de muchos animales y los fosfatos se depositan en los huesos.

Función reguladora. Por ejemplo, algunas sales regulan la transmisión del impulso nervioso, en la que intervienen el calcio, el sodio y el potasio; o la coagulación sanguínea, en la que el calcio desempeña un papel fundamental.

Glúcidos

Función energética. Por ejemplo, la glucosa, que es la principal fuente de energía para la célula.

Función de reserva energética. Por ejemplo, el almidón, que se almacena en las células vegetales, o el glucógeno, que se encuentra en las células del hígado y del músculo en los animales.

Función estructural. Por ejemplo, la celulosa, que forma parte de las paredes celulares de las células vegetales; o la ribosa y la desoxirribosa, que forman parte de la estructura de los ácidos nucleicos.

Otras funciones, como, por ejemplo, existen glúcidos unidos a algunas de las proteínas de las membranas celulares, glucoproteínas, implicadas en el reconocimiento entre células.

Función de reserva energética. Por ejemplo, los triglicéridos, que se almacenan en las células.

Función estructural. Por ejemplo, el colesterol y los fosfolípidos, que constituyen la base de todas las membranas plasmáticas.

Función reguladora. Por ejemplo, las hormonas sexuales regulan procesos como la reproducción sexual.

Otras funciones, como, por ejemplo, la de participar en la fotosíntesis, como los pigmentos llamados xantofilas y carotenos.

Proteínas

Función estructural. Muchas proteínas forman parte de las estructuras celulares, como, por ejemplo, las proteínas de la membrana celular.

Función enzimática. Las enzimas se encargan de acelerar las reacciones químicas del metabolismo. Algunos ejemplos son la amilasa, que degrada el almidón, o la lipasa, que disgrega los lípidos.

Función de transporte. Por ejemplo, la hemoglobina de la sangre, que transporta oxígeno.

Otras funciones, como, por ejemplo, los anticuerpos defienden al organismo de los agentes patógenos; la actina y la miosina son responsables de la contracción muscular; otras, como la ovoalbúmina, actúan como reserva.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico). Estas moléculas contienen la información genética de las células, que transmiten a la descendencia, y se emplean para controlar las funciones celulares.

Sustancia

Funciones más importantes Agua

Sales minerales

La célula

La estructura de las células

Aparato de Golgi

Membrana plasmática

Centriolos

Núcleo

Desde el siglo xix se sabe que todos los seres vivos están formados por células,

La célula es la unidad más elemental de un ser vivo que puede realizar las funciones vitales: la nutrición, la relación y la reproducción.

Las células de los seres vivos no son todas iguales, presentan una amplia variedad de estructuras, tamaños y formas.

2.1 La estructura de las células

Existen estructuras comunes a todos los tipos celulares: membrana plasmática, citoplasma, material genético (ADN) y ribosomas; otras son específicas de algunas células , como, por ejemplo, la pared celular, los cloroplastos, los cilios, los flagelos, etc.).

Estructuras comunes a todas las células

Las estructuras comunes a todas las células son:

Retículo endoplasmático

Mitocondrias

- La membrana plasmática, que es la envoltura muy delgada y elástica que rodea la célula y separa su contenido del exterior. Se encarga de regular la entrada y la salida de sustancias de la célula. También detecta estímulos del medio externo y comunica las células entre sí.

- El citoplasma, que es la sustancia gelatinosa que rellena la célula y el medio en el que se encuentra el contenido celular. En todas las células se encuentran unas pequeñas partículas llamadas ribosomas, en las que se sintetizan las proteínas. Además, dependiendo del tipo de célula, en el citoplasma se encuentran orgánulos membranosos de diferente tipo.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

1 Define célula

2 Explica qué funciones básicas realiza cada una de las estructuras celulares que tienen todas las células. ¿Qué ocurriría si faltase alguna de ellas?

3 Consulta los recursos relacionados con la «La teoría celular» disponibles en anayaeducacion.es y responde a las cuestiones siguientes:

a) ¿Quién fue la primera persona que observó la células?

b) ¿Quién propuso: «Toda célula procede de otra célula»? Explica qué significa.

c) ¿Por qué crees que el perfeccionamiento del microscopio permitió plantear la teoría celular?

- El material genético, que es el ADN, una sustancia química compleja que contiene la información necesaria para regular el funcionamiento de la célula. A esta infomación se la denomina información genética.

- Dependiendo de dónde se localice el ADN en la célula, se habla de dos tipos de organización celular:

• Las células procariotas. Son células sencillas, de pequeño tamaño, que no tienen núcleo ni orgánulos membranosos. Su material genético se encuentra disperso en el citoplasma.

• Las células eucariotas. Son células más complejas, de mayor tamaño. Presentan un núcleo, que contiene el material genético y gran variedad de orgánulos membranosos.

2.2 El tamaño de las células

Para referirnos a las dimensiones de las células se utiliza una unidad de longitud llamada micrómetro o micra (μm). Un micrómetro es la milésima parte de un milímetro.

- La células más pequeñas son las bacterias que, generalmente, miden entre 1 y 2 micras de longitud.

- Las células animales presentan mucha variabilidad de tamaños. Por ejemplo, los glóbulos rojos miden unas 7 micras; las células del hígado, unas 20 micras; los espermatozoides, 53 micras, y los óvulos, unas 150 micras.

- Las células vegetales puede variar de 10 a 100 micras.

2.2 Las formas de las células

Las células comparten unas características básicas pero no todas tienen la misma forma o los mismos orgánulos ni desarrollan las mismas actividades.

Cada tipo celular dispone de una estructura y unas funciones especializadas que le permite realizar su actividad con la misma con la máxima eficacia.

Por ejemplo, las neuronas son células alargadas y con apéndices que elaboran y transmiten impulsos nerviosos; los espermatozoides son células con un flagelo móvil que les permite desplazarse en un medio líquido; las células del epitelio intestinal tienen microvellosidades que aumentan la superficie para mejorar la absorción; las células musculares suelen ser alargadas para contraerse, los glóbulos rojos presentan una forma bicóncava para transportar la mayor cantidad de oxígeno posible; etc.

Algunos tipos de células

Formas y tamaños celulares

Observa las células de las imágenes y responde a las siguientes cuestiones:

a) Describe la forma de las células que se ven en la imagen.

b) ¿Qué tipo de células crees que son?

c) Usa las guías de cada fotografía para calcular el tamaño aproximado de las células que pueden verse en ellas. ¿Cuál de las dos es más grande?

3

Las células procariotas

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

1 Compara la imagen de esta bacteria con el dibujo que se muestra en de la página. Indica qué estructuras reconoces en ella y calcula su tamaño real teniendo en cuenta el cursor.

Las células procariotas son exclusivas de los seres que, como las bacterias, constituyen el reino moneras. Estos son organismos unicelulares, muy pequeños y constituyen el tipo de organización celular más sencillo, no tienen un núcleo que separe el material genético del citoplasma, ni orgánulos rodeados de membrana que realicen funciones específicas.

3.1 Así son las células procariotas

Las células procariotas, además de las estructuras comunes a todas las células (membrana plasmática, material genético o ADN, citoplasma y ribosomas), tienen las siguientes características particulares:

- Cuentan con una gran molécula de ADN o cromosoma circular que ocupa una región llamada nucleoide y, en ocasiones, pueden tener pequeños fragmentos circulares de ADN llamados plásmidos.

- Su citoplasma no contiene orgánulos, a excepción de ribosomas, que son de menor tamaño que los de las células eucariotas.

- La membrana plasmática, compuesta por una doble capa de lípidos con proteínas insertadas en ella.

- Cuentan con una envoltura exterior rígida, la pared celular, que rodea la membrana plasmática y da forma a la bacteria. Su composición química es diferente a la de las paredes celulares vegetales. Algunas bacterias desarrollan una cápsula que rodea la pared celular y les proporciona mayor protección.

- Algunas especies tienen prolongaciones, como los flagelos, que son largos y sirven para la locomoción, o las fimbrias, que son cortas y les sirven para fijarse a otras células y a superficies.

2 La pared celular es una estructura característica de las células procariotas. Conociendo su función, ¿qué ventajas crees que le puede proporcionar? Material genético

- En la superficie de algunas bacterias también puede haber pequeños filamentos denominados pili, cuya función es el intercambio de material genético con otras bacterias.

3.2.

Las funciones vitales de las bacterias

Nutrición

Al no tener orgánulos membranosos, todos los procesos de la nutrición suceden en el citoplasma. Las bacterias pueden ser autótrofas o heterótrofas.

- La mayoría de las bacterias autótrofas son fotosintéticas y, por lo tanto, sintetizan compuestos orgánicos a partir de la materia inorgánica del medio, utilizando la energía de la luz solar. Sin embargo, existen bacterias que realizan un proceso autótrofo denominado quimiosíntesis, en el que sintetizan compuestos orgánicos, utilizando la energía que se libera en determinadas reacciones químicas que llevan a cabo.

- Las bacterias heterótrofas se alimentan de la materia orgánica de otros seres vivos; pueden ser parásitas, saprófitas o simbióticas.

Relación

Algunas bacterias se desplazan gracias a sus flagelos, las bacterias espirales giran, otras se mueven girando sobre sí mismas, otras se deslizan sobre superficies y otras permanecen inmóviles. Normalmente, las bacterias viven aisladas, pero en ocasiones se agrupan formando colonias.

Reproducción

Las bacterias se reproducen mediante bipartición. Las células duplican su ADN y escinden su citoplasma en dos mitades, cada una de las cuales recibe un cromosoma bacteriano y una parte del contenido celular.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

3 Consulta en anayaeducacion.es la presentación «La nutrición heterótrofa en las bacterias» en tu banco de recursos y explica las diferencias entre bacterias parásitas, saprófitas y simbióticas poniendo un ejemplo de cada tipo.

4 ¿En qué se parecen y en qué se diferencian la fotosíntesis y la quimiosíntesis?

5 La división bacteriana es un proceso muy rápido. En condiciones óptimas, las bacterias pueden dividirse cada media hora, duplicando así su número. Suponiendo que partimos de una única bacteria, calcula el número de bacterias que se puede alcanzar tras treinta horas.

Algunas

formas de desplazamiento en bacterias

La bipartición

1 La bacteria crece lo suficiente y hace una copia de su material genético (ADN).

2 La bacteria se estrecha por el centro y reparte su contenido.

3 Se originan dos células hija.

Hacia adelante

Giro Hacia adelante Giro

4Las células eucariotas

Los organismos con células eucariotas pertenecen a los reinos protoctistas, hongos, plantas y animales, y pueden ser unicelulares o pluricelulares. El tamaño de las células eucariotas es mayor que el de las procariotas. Se caracterizan por tener un núcleo delimitado por una membrana, en cuyo interior se halla protegido el material genético (ADN). En cuanto a la forma, es muy variable, ya que depende de la función, de la edad y del organismo.

4.1 Así son las células eucariotas

Todas las células eucariotas :

- Tienen núcleo; es decir, su ADN se encuentra rodeado por una membrana.

- Tienen citoesqueleto, que es una red de filamentos que da forma a la célula y permite su movimiento.

- Tienen una gran variedad de orgánulos y estructuras, cuya morfología y función se resumen en las tablas de las páginas siguientes. Algunos de estos orgánulos (mitocondrias, aparato de Golgi, retículo endoplasmático, etc.), están presentes en todas las células eucariotas; pero otros son específicos de determinados tipos celulares como, tal como puede verse en la imagen de esta página.

4.2 Tipos de células eucariotas

- Células eucariotas de tipo animal, como las que conforman los animales y algunos organismos unicelulares como los protozoos.

- Células eucariotas de tipo vegetal, presentes en las plantas y las algas.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

1 El espejo. Observa las imágenes de las células y copia y completa en tu cuaderno el siguiente organizador (conoce más sobre esta llave en anayaeducacion.es).

4.3 El núcleo celular

Las células eucariotas tienen núcleo, es decir, su ADN se encuentra rodeado por una membrana. Las funciones más importantes del núcleo son la de contener la información hereditaria que determina las características de las células y las de los organismos de los que forman parte y la de controlar las actividades celulares.

La estructura del núcleo interfásico

Cuando una célula no está en división, período conocido como interfase, se puede observar su núcleo con una forma más o menos esférica y situado en la parte central o desplazado hacia la periferia. En el núcleo interfásico se distinguen las siguientes estructuras:

- La envoltura nuclear. Es una envoltura formada por dos membranas. Está membrana está atravesada por unas perforaciones llamadas poros nucleares, que permiten el intercambio de sustancias entre el núcleo y el citoplasma

- El nucleoplasma. Es el medio acuoso que rellena el núcleo, donde se produce la síntesis de los ácidos nucleicos.

- El nucléolo. Es una estructura esférica, formada por ADN, ARN y proteínas. En él se sintetizan los componentes de los ribosomas.

- La cromatina. Es el material genético de la célula, el componente más importante del núcleo. Está formada por ADN unido a unas proteínas llamadas histonas. Al microscopio electrónico se muestra como una maraña de fibras entremezcladas.

La estructura del núcleo en división

Durante la división celular el núcleo sufre las siguientes transformaciones:

- La envoltura nuclear se desorganiza dejando disperso el nucleoplasma.

- El nucléolo se desintegra.

- Las fibras de cromatina, tras duplicarse (hacer una copia de sí mismas), se condensan y se enrollan haciéndose más cortas y anchas hasta transformarse en cromosomas, que son visibles al microscopio óptico. Cada cromosoma está formado por dos fibras de cromatina (las dos copias originadas de la duplicación de la cromatina), llamadas cromátidas hermanas, que están unidas por un punto, el centrómero. Según donde se sitúe el centrómero se diferencian varios tipos de cromosomas.

Núcleo interfásico

Nucléolo

Envoltura nuclear

Nucleoplasma

Núcleo en división: cromosomas

Cromatina

Cromátidas hermanas

Brazo

Centrómero

Fibra de cromatina

Histonas

Observa las imágenes y completa las siguientes tareas:

a) Elaborra una tabla con las similitudes y las diferencias entre los cromosomas y la cromatina.

b) Averigua cómo funcionan las histonas y explícalo con tus propias palabras.

Doble hélice de ADN

Orgánulos

comunes a todas las células

Estructura Función

Son estructuras ovaladas con doble membrana: la exterior es lisa y la interior se pliega formando cretas.

En las mitocondrias tiene lugar la respiración celular, que es un proceso por el que la célula obtiene energía a partir de los nutrientes, en presencia de oxígenos.

Pequeñas estructuras adheridas al RE y dispersas por el citoplasma. Están formados por dos subunidades.

Conjunto de sáculos aplanados y apilado, de los que parten vesículas.

Lo forman un conjunto de sacos y canales comunicados entre sí. El retículo endoplasmático rugoso (RER) tiene ribosomas adheridos a él; el retículo encoplasmático liso (REL) carece de ellos.

Los lisosomas son vesículas procedentes del aparato de Golgi, llenas de sustancias digestivas. Otras vesículas relacionadas con la actividad del aparato de Golgi contienen distintos tipos de sustancias.

Son dos cilindros huecos formados por filamentos.

Los ribosomas se encargan de fabricar las proteínas de la célula

El aparato de Golgi reúne sustancias y, mediante sus vesículas, las transporta a distintas partes de la célula o al exterior.

El retículo endoplasmático rugoso (RER) fabrica proteínas mediante los ribosomas adheridos a él, y las almacena o las transporta al aparato de Golgi. El RE liso (REL) sintetiza lípidos.

Los lisosomas realizan la digestión celular, es decir, descomponen sustancias y obtienen, a partir de ellas, sustancias útiles para la actividad celular. Otras vesículas están relacionadas con la actividad del aparatos de Golgi y tienen distintas funciones, como almacenar sustancias, transportarlas, etc.

Dirigen el movimiento del citoesqueleto e intervienen en la formación de estructuras que producen movimientos celulares como los cilios y los flagelos.

Además, dirigen la separación de los cromosomas durante la división de la célula.

Orgánulos no comunes a todas las células

Estructura

Son prolongaciones de la membrana. Los cilios son cortos y numerosos, mientras que los flagelos son largos y presentes en menor cantidad.

Permiten la locomoción de las células y el movimiento de las partículas del medio que rodean a la célula.

Son características de las células vegetales. Se trata de grandes vesículas membranosas rellenas de agua y otras sustancias, como sales, azúcares y proteínas.

La función de las grandes vacualas está relacionada con el mantenimiento de la rigidez de la célula vegetal ya que el líquido que contiene ejerce presión en el interior celular.

Son orgánulos ovalados y con doble membrana, las dos lisas.. En su interior tienen unos sacos aplanados llamados tilacoides y contienen un pigmento llamado clorofila, que les da el color verde característico a las células vegetales.

Es una envoltura externa a la membrana plasmática. Algunas células eucariotas presentan esta estructura, siendo su composición diferente, por ejemplo, la pared de las plantas contiene celulosa y la de los hongos, quitina.

Un trabajo en equipo

Como has podido comprobar en estas páginas las células son muy complejas y tienen muchísimas partes que interactúan para que estas puedan llevar a cabo sus funciones.

Para conocer un poco más todas estas partes de las células os proponemos que os dividáis en grupos para estudiar con más profundidad esos componentes y sus funciones.

El objetivo es que cada grupo elija un orgánulo de los mencionados en esta página, una de las partes del núcleo o la propia membrana celular y elaboréis una ficha en la que detalléis la siguiente información:

En los cloroplastos tiene lugar el proceso de la fotosíntesis.

La pared celular protege y proporciona rigidez a la célula.

a) Estructura acompañada de un dibujo esquemático.

b) Fotografía de microscopía del detalle de la estructura.

c) Funciones detalladas e importancia de las mismas para la supervivencia del organismo.

d) Algunas estructuras pueden ser más importantes o abundantes en algunos tipos celulares, como las mitocondrias en el tejido muscular, ¿ocurre lo mismo con la estructura que has elegido?

e) Exponed en clase vuestra investigación.

Cilios Flagelo

5

La función de nutrición en las células eucariotas

Transporte a través de la membrana

Según lo esquematizado en la imagen, explica cómo crees que atravesarán la membrana plasmática las siguientes sustancias:

a) Na+ b) Dióxido de carbono. c) Sales minerales. d) Una bacteria.

La nutrición comprende todos los procesos que proporcionan a la célula materia y energía para crecer, reponer sus estructuras, dividirse y relacionarse.

5.1 El intercambio de materia

La membrana plasmática es una barrera selectiva que deja pasar ciertas sustancias y facilita o impide el paso de otras.

Este paso se realiza de formas diferentes dependiendo del tamaño de la sustancia.

- Por difusión. Sucede cuando las sustancias son de pequeño tamaño, como el oxígeno, el dióxido de carbono y las sales minerales.

- A través de proteínas. Cuando las sustancias son de mayor tamaño o tienen cargas (iones), las proteínas forman canales o bombas (unas estructuras que «bombean» las sustancias) a través de los cuales pasan las moléculas.

- Formando vesículas. Cuando las sustancias son muy grandes, la membrana se hunde y engloba la partícula, originando una vesícula que pasa al citoplasma celular. Este proceso se denomina endocitosis, y el contrario, exocitosis.

Mediante canales (a favor de gradiente).

Transporte por difusión (a favor de gradiente).

Mediante bombas (en contra de gradiente, requieren energía).

5.2 El intercambio de energía

Las sustancias transportadas al interior de la célula se transforman, a través de una serie de reacciones, en materia, o estructuras propias de las células, o se utilizan para obtener energía que estas emplean para realizar las funciones vitales.

Así, en la célula tienen lugar multitud de reacciones químicas, que constituyen su metabolismo, que puede ser de dos tipos:

- Catabolismo. Es el conjunto de reacciones químicas por las que las moléculas complejas se fragmentan y se transforman en otras más sencillas. En este proceso se libera energía, que la célula emplea, por ejemplo, durante el anabolismo o para producir movimiento celular. La respiración celular es un ejemplo de proceso catabólico que ocurre en las mitocondrias de las células eucariotas.

- Anabolismo. El anabolismo es el conjunto de reacciones químicas por las que, a partir de moléculas sencillas, se fabrican moléculas más complejas como proteínas, lípidos, etc., que la célula utiliza para producir sus componentes. La formación de estas biomoléculas necesita el aporte de energía, que procede de las reacciones del catabolismo. Un ejemplo de proceso anabólico que ocurre en las células autótrofas es la fotosíntesis.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

1 Define metabolismo celular y diferencia entre anabolismo y catabolismo.

2 Busca información sobre qué es la fermentación y escribe en tu cuaderno en qué consiste y si se trata de un proceso catabólico o anabólico.

3 Observa la imagen siguiente y, tras ordenar las etapas del proceso que se esquematiza, relaciona cada letra con su etapa correspondiente:

a) Parte de esta energía generada, se utiliza en las reacciones del anabolismo para construir proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, etc.

b) El alimento se incorpora en la célula y se digiere con ayuda de los lisosomas.

c) Otra parte de la energía se emplea para realizar otras funciones celulares; por ejemplo, la reproducción, el desplazamiento, etc.

d) El CO2 producido durante la respiración sale al exterior de la célula por difusión.

complejas

Moléculas sencillas

e) Las mitocondrias, en presencia de oxígeno, utilizan la materia orgánica y la transforman en CO2 y agua.

f) En este proceso, llamado respiración, se libera energía.

g) Las moléculas complejas se transforman en otras más sencillas.

La función de relación en las eucariotas

Respuesta estática

Transmisor

Sustancias secretadas

La relación de una célula es su capacidad a responder ante un estímulo.

6.1 Los estímulos y las respuestas

Se denomina estímulo a los cambios que desencadenan una respuesta celular. Los estímulos pueden ser: químicos, como, por ejemplo, cambios en la composición del medio, variaciones en el pH, etc.; y físicos, como, por ejemplo, cambios en la temperatura, en la presión, etc.

La respuesta celular es la reacción de la célula ante los estímulos. Puede ser de dos tipos: estática y dinámica.

Receptor

Cuando el transmisor se une al receptor, la célula responde segregando sustancias.

Respuesta dinámica

Movimiento vibrátil

Cilios

Flagelo

Cuando los cilios se mueven, el protozoo puede desplazarse de un lado a otro en el medio.

Algunas células tienen un flagelo cuyo movimiento vibrátil actúa como un látigo que les permite desplazarse rápidamente.

Movimiento contráctil

Ante ciertos estímulos externos, este protozoo (Vorticella) contrae el pedúnculo con el que permanece fijo a un sustrato.

- La respuesta estática. En ella no se produce movimiento, sino que la célula responde de otra forma; por ejemplo, segregando una sustancia.

- La respuesta dinámica. En ella, la célula responde moviéndose. Estos movimientos en conjunto se denominan taxias o tactismos. Se consideran positivos si la célula se mueve hacia el estímulo, y negativos si se aleja de él.

6.2 Los movimientos celulares

El movimiento celular está estrechamente relacionado con el citoesqueleto, cuyos filamentos forman estructuras contráctiles en el citoplasma y prolongaciones hacia el exterior que permiten el movimiento. Los principales tipos de movimiento son:

- El movimiento vibrátil. Este tipo de movimiento se produce por la vibración de los cilios (cortos y numerosos) o los flagelos (largos y escasos).

- El movimiento contráctil. Este tipo de movimiento es característico de las células musculares, que son capaces de contraerse y relajarse y de algunos organismos unicelulares.

- El movimiento ameboide. Este tipo de movimiento es característico de las amebas aunque también los glóbulos blancos se desplazan así.

Pedúnculo

Movimiento ameboide

La ameba emite prolongaciones de su citoplasma o pseudópodos para capturar la bacteria.

Pseudópodos

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

1 Haz un esquema en el que expliques cómo se lleva a cabo el movimiento ameboide.

2 Proponed otros ejemplos diferentes a los de las imágenes en los que las células lleven a cabo un movimiento ameboide, un movimiento vibrátil y un movimiento contráctil.

La función de reproducción en las eucariotas

La reproducción celular (o división celular) es la capacidad de una célula de dividirse en dos o más células hija idénticas.

7.1 La división celular

La división celular ocurre tanto en los organismos unicelulares como en los organismos pluricelulares.

- En los organismos unicelulares, como los protozoos, la división celular tiene como objetivo la reproducción del organismo.

- En los organismos pluricelulares, la división celular sirve para que el organismo crezca y para que regenere sus tejidos; es decir, reponga las células que van muriendo.

7.2 Tipos de división celular

Existen diferentes tipos de división celular en eucariotas:

- La bipartición. La célula duplica su ADN y genera dos células hija genéticamente idénticas y del mismo tamaño. Entre las células eucariotas que se dividen por bipartición destacan los protozoos.

- La gemación. La célula duplica su ADN y genera una yema, que se desarrolla y se separa de la célula madre. Se forman dos células hija, genéticamente idénticas, pero de diferente tamaño. Así se reproducen hongos unicelulares como las levaduras.

- La esporulación o división múltiple. La célula genera múltiples copias de su ADN, que se rodean de una porción de citoplasma. La membrana de la célula progenitora se rompe, liberándose las esporas. Los hongos, muchas plantas y algunos protozoos se reproducen así.

Divisiones celulares

La imagen representa tres tipos de división celular en eucariotas. Obsérvalas con atención y responde:

a) ¿Qué tipo de división celular representa cada imagen?

b) Propón un ejemplo de seres vivos que tengan este tipo de división celular.

c) Las imágenes representan diferentes formas de división celular esquematizadas en tres pasos. En tu cuaderno, redacta un texto descriptivo para explicar cómo sucede la división de cada tipo.

Para terminar

Organiza las ideas

1 Diagrama de Venn. Completa en tu cuaderno el siguiente diagrama de Venn sobre las características comunes y específicas de los diferentes tipos de células. Aprende a hacerlo con el recurso disponible en anayaeducacion.es

Célula procariota

Haz un resumen

2 Elabora tu propio resumen de la unidad siguiendo este guion:

• Ordena los niveles de organización de la materia, y nombra las sustancias inorgánicas y las biomoléculas orgánicas indicando sus principales funciones.

• Enuncia los postulados de la teoría celular.

• Explica cómo es y cómo está organizada una célula procariota y diferencia los tipos que existen en función de su nutrición.

• Comenta cómo se reproducen y se relacionan las células procariotas.

• Compara una célula animal y una célula vegetal, indicando la función de los orgánulos propios y los comunes.

• Establece las diferencias entre el núcleo de la célula eucariota en interfase y en división.

• Explica cómo se produce el intercambio de materia y energía entre la célula y el medio.

• Define estímulo y comenta cómo responde la célula ante ellos.

• Explica cómo y para qué se reproduce una célula eucariota.

Interpreta imágenes

3 Observa las imágenes y responde a las preguntas siguientes para cada una de ellas.

a) Indica de qué tipo de orgánulo se trata.

b) Explica qué funciones desempeña.

c) ¿En qué células es posible encontrarlo?

4 Observa la célula de la imagen y di qué orgánulos reconoces.

5 Explica qué tipo de movimiento presenta la célula de la imagen en dos momentos diferentes. Indica las estructuras que permiten dicho movimiento.

Aplica

6 Realiza un dibujo de una célula procariota e indica la función de las diferentes estructuras.

7 Explica cómo se nutre una célula procariota heterótrofa; ¿y una autótrofa que viva en oscuridad?

8 Explica por qué es importante conocer el cariotipo de una persona y en qué situaciones es necesario saberlo.

9 Los glóbulos blancos pueden introducir en su interior bacterias como mecanismo de defensa. Explica mediante qué proceso las introducen a través de la membrana y qué orgánulo interviene en su digestión.

10 Asocia cada frase con el tipo de movimiento celular:

a) Es típico de los glóbulos blancos.

b) Se produce por vibración de cilios o flagelos.

c) Lo realizan las células musculares.

11 Explica por qué la división celular supone cosas distintas para un organismo unicelular y para uno pluricelular.

12 Establece las diferencias entre:

a) Bipartición y gemación. b) Gemación y esporulación. c) Anabolismo y catabolismo.

13 Razona por qué la fotosíntesis es un proceso anabólico.

SITUACIÓN DE APRENDIZAJE

REFLEXIONA Y VALORA

Avanza

14 Lee el siguiente texto y contesta a las preguntas.

Las bacterias son organismos muy diversos, que han colonizado todos los ambientes del planeta, gracias a millones de años de evolución. Existen dos grandes grupos de bacterias, las arqueobacterias y las eubacterias.

Las arqueobacterias son organismos extremófilos, capaces de sobrevivir a elevadas temperaturas, en ambientes muy salinos o incluso en ausencia de oxígeno, gracias a la composición química particular de su membrana y su pared celular, que las hace muy resistentes.

Las eubacterias se subdividen en varios grupos, como las bacterias Gram positivas y las Gram negativas, que se diferencian en la composición de su pared celular, o los micoplasmas, que carecen de pared.

a) ¿Qué tipo de organización celular tienen las bacterias?

b) Elabora un esquema en el que indiques los diferentes grupos de bacterias nombrados en el texto.

c) Averigua qué es la tinción de Gram. Explica en qué consiste y para qué se utiliza esta técnica.

En esta unidad has estudiado los principales tipos celulares y sus características, además has analizado sus principales componentes y profundizado en la funciones vitales de las células eucariotas. Reflexiona sobre tu aprendizaje rellenando el cuestionario y la rúbrica disponibles en anayaeducacion.es ✔ ✘

Resuelvo cuestiones y profundizo en aspectos relacionados con los tipos y características de las células.

Creo e interpreto información sobre las células en diferentes formatos físicos y digitales.

Analizo e interpreto informaicón sobre las funciones vitales de las células.

PON A PRUEBA TUS COMPETENCIAS

Realiza la autoevaluación competencial incluida en anayaeducacion.es

2La información genética

ROSALIND FRANKLIN. ADN a la luz de los rayos X

Existen infinidad de fenómenos tan ínfimos que eluden el poder de nuestros ojos. Por eso, para mí, los ojos nunca fueron suficiente. Yo aprendí a valerme de los rayos X para explorar lo desconocido.

Me llamo Rosalind Franklin. Nací en Londres en 1920, en el seno de una familia de banqueros. Desde pequeña destaqué en las ciencias así que escogí estudiar Física y Química en la Universidad de Cambridge. En un primer momento a mi padre no le hizo ninguna gracia; menos mal que una de mis tías me ayudó económicamente y pronto mi padre entró en razón: su hija iba a ser científica, le gustara o no.

En la universidad conocí al profesor William Lawrence Bragg. Años antes, él y su padre habían recibido un Nobel por desarrollar una nueva técnica que permitía utilizar rayos X para observar la distribución de los átomos en un cristal. Era complicadísima, pero abría un mundo de posibilidades que me cautivó. Con los años aprendí y practiqué el método hasta convertirme en una experta a nivel internacional. Incluso mejoré el procedimiento logrando imágenes más nítidas que nunca.

Tras tres años investigando en Francia regresé a Inglaterra en 1951. Conseguí una plaza en el King’s College de Londres y comencé a trabajar aplicando mis técnicas de difracción de rayos X para observar el ADN. Una de mis fotografías resultó ser especialmente reveladora, la número 51. Mi compañero de laboratorio Maurice Wilkins, con quien nunca me entendí demasiado, se la mostró sin mi conocimiento a dos amigos suyos: James Watson y Francis Crick. Ellos llevaban años intentando esclarecer la estructura del ADN y mi fotografía les brindó una pista clave para completar su modelo y publicarlo en 1953: la estructura de doble hélice.

Mi participación no fue reconocida en aquel momento, por lo que decidí cambiar de laboratorio y centrarme en estudiar los virus hasta que fallecí en 1958 a causa de un cáncer de ovario. Cuatro años después, Watson, Crick y Wilkins compartieron un Premio Nobel por sus descubrimientos sobre el ADN. Quién sabe... si hubiese estado viva para entonces quizá mi nombre formaría parte de esa lista.

SITUACIÓN DE APRENDIZAJE

¿Qué vas a descubrir?

En esta unidad

• Rosalind Franklin. ADN a la luz de los rayos X

1. Los ácidos nucleicos

2. La expresión de los genes. Síntesis de proteínas

3. La transmisión de la información genética.

4. La mitosis y la citocinesis

5. La meiosis y la reproducción sexual

• Comprende, reflexiona y pon a prueba tus competencias

En anayaeducacion.es

Para motivar

• Vídeo: Antes de empezar

• Conoce más a... … Rosalind Franklin

Para detección de ideas previas

• Presentación: Qué necesitas saber

Para exponer

• Presentación: La traducción en detalle; El código genético

Para ejercitar

• Actividades interactivas: Aprende jugando Ponte a prueba

• Taller de ciencias: Observa la mitosis

Y, además, toda la documentación necesaria para aplicar las claves del proyecto.

DESARROLLO DEL JUEGO

3.1 Para crear un juego de mesa es importante conocer las mecánicas del juego. La mecánica de un juego son los sistemas que utiliza para funcionar como tirar dados, hacer preguntas o moverte por un tablero. Investiga un poco sobre las mecánicas de los juegos de mesa y haced un listado explicando las que intervienen en vuestro juego y cómo creéis que ese relacionan entre sí.

3.2 Elaborad las tarjetas del juego con información relativa a esta unidad: los ácidos nucleicos, la replicación, la transcripción, la traducción, la mitosis y la meiosis. Podéis usar medios físicos o digitales.

REGLAS DEL JUEGO

4.1 Estableced las reglas del juego a partir del que hayáis elegido emulad. Diseñad el libro de instrucciones y escribid las reglas adaptadas a los contenidos con los que se está realizando el juego.

4.2 Haced un pequeño testeo del juego con el material que habéis realizado hasta ahora y siguiendo el manual de instrucciones que habéis escrito. Evaluad si es necesario hacer algún ajuste en las reglas, los materiales o las mecánicas de juego que habéis pensado.

+ orientaciones en anayaeducacion.es

Los ácidos nucleicos 1

En la segunda mitad del siglo xx se conoció la estructura química de los cromosomas, lo que permitió comprender su papel como portadores de la información genética. Los genes, localizados en los cromosomas, son en realidad fragmentos de ADN, una molécula que lleva la información necesaria para que se manifieste un carácter.

El ADN es la molécula portadora de la información genética, controla la aparición de los caracteres a través de la síntesis de proteínas. Además, sus características le permiten, mediante su duplicación o replicación, trasmitir esa información a las células hija.

1.1 La molécula de ADN

La molécula de ADN es una doble hélice formada por dos cadenas de nucleótidos complementarias.

El ADN está formado por subunidades más pequeñas llamadas nucleótidos. A su vez, cada nucleótido se forma por la unión de un azúcar (la desoxirribosa), un grupo fosfato y una base nitrogenada, de la que existen cuatro tipos diferentes: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G). Los nucleótidos se unen entre sí, mediante un enlace entre el grupo fosfato de un nucleótido y el azúcar del nucleótido siguiente.

El modelo de la doble hélice

En 1953, Francis Crick y James Watson, apoyándose en trabajos de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, propusieron un modelo de estructura del ADN. Según este modelo:

- La molécula de ADN está formada por dos cadenas de nucleótidos enrolladas en forma de hélice.

- Las bases nitrogenadas se sitúan hacia el interior de la hélice y los azúcares y los grupos fosfato forman el esqueleto.

- Ambas cadenas se mantienen unidas mediante enlaces débiles que se establecen entre las bases de los nucleótidos.

- Las bases nitrogenadas no se unen de forma aleatoria, la timina se une con la adenina, y la citosina, con la guanina. Debido a ello, las cadenas son complementarias; es decir, la sucesión de bases de una cadena de nucleótidos determina la sucesión de bases en la otra cadena. Esta complementariedad es la base para la replicación del ADN.

Estructura de un nucleótido

nitrogenada Grupo fostato

Azúcar: ribosa o desoxirribosa

Grupo fosfato

Bases nitrogenadas Desoxirribosa

El ADN

1.2 La molécula de ARN

El ARN es un ácido nucleico cuyas principales características son:

- Es monocatenario, es decir, no forma dobles cadenas como el ADN salvo en algunos tipos de virus como los reovirus.

- También está constituido por nucleótidos. Cada uno de ellos está formado por la unión de un azúcar (la ribosa), un grupo fosfato y una base nitrogenada que puede ser adenina (A), uracilo (U), guanina (G) o citosina (C).

- Las hebras de ARN son de menor tamaño porque tienen menor número de nucleótidos.

- Su estructura tridimensional puede ser muy compleja, ya que a menudo forma plegamientos y uniones entre regiones distintas de una misma molécula.

- Existen distintos tipos de ARN con diferentes funciones:

• El ARN mensajero (ARNm): es un ARN que se sintetiza en el núcleo a partir del ADN y lleva la información para fabricar proteínas en el citoplasma.

• El ARN ribosómico (ARNr): está formado por moléculas de distintos tamaños que forman la estructura de los ribosomas.

• EL ARN transferente (ARNt): interviene en la síntesis de proteínas al transportar los aminoácidos hasta los ribosomas.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

1 Define ADN y nombra a las personas que participaron en el desarrollo del modelo de la doble hélice.

2 Explica qué es un nucleótido y cómo se unen entre sí para formar el ADN.

3 Explica la función de los distintos tipos de ARN.

4 El espejo. Completa la tabla comparativa sobre el ADN y el ARN. Consulta anayaeducacion.es para aprender a usar esta técnica.

El ARN

Grupo fosfato Ribosa Base nitrogenada

El ADN de la teniente Ripley Hoy en día el hecho de que la herencia biológica se encuentra en el ADN se considera un conocimiento general. Numerosas películas, series e incluso artículos de prensa usan términos génticos de forma habitual, pero ¿lo hacen siempre correctamente?

En la película de 1997 Alien: Resurrection, se crea un clon de la teniente Ripley 200 años después de su fallecimiento. A partir de su ADN clonan un ser humano completo que, además, conserva los recuerdos de la teniente Ripley original.

a) ¿Crees que es la memoria un tipo de información que se transmite en el ADN? Justifica tu respuesta.

b) Busca otros dos ejemplos de gazapos científicos en series, películas, novelas, etc. que tengan que ver con el ADN y explica en qué consiste el error.

A

U U

G

C

A

Las partes de un cromosoma

Brazo corto

1.3 Los cromosomas

Los cromosomas son estructuras formadas por la condensación del ADN y proteínas, llamadas histonas, que aparecen cuando la célula se va a dividir.

En los organismos eucariotas, el genoma está formado por varias cadenas distintas de ADN. Durante la división celular, cada una de estas moléculas de ADN se empaqueta y enrolla sobre sí misma hasta dar lugar a un cromosoma.

En general, en todos los seres vivos eucariotas se cumplen las siguientes características respecto a los cromosomas:

- Todas las células de los individuos de una misma especie tienen el mismo número de cromosomas. También son constantes la forma y el tamaño de cada uno. Así, los mosquitos de la especie Aedes aegypti tienen 6 cromosomas; la mosca Drosophila melanogaster, 8; el ser humano, 46; el perro, 78; cierta especie de helecho, más de 500.

- En la dotación cromosómica de la mayoría de las células se distinguen dos series o parejas de cromosomas. A los cromosomas de cada pareja se los llama cromosomas homólogos.

Al número de parejas de cromosomas que tiene una especie se lo conoce como número haploide (n), y al número total de cromosomas, considerando las dos series, se lo conoce como número diploide (2n). A los organismos que cumplen esta condición se los llama diploides. Esto sucede, por ejemplo, en todos los seres vivos del reino animal. Existen otros seres vivos que son haploides y hay otros que son poliploides y tienen 3n, 4n, o más cromosomas.

En muchas especies, las células de los individuos de un determinado sexo tienen una pareja de cromosomas que no son homólogos. Son los cromosomas sexuales. Al resto de cromosomas de la célula se los llama autosomas. En estos seres vivos, el sexo del organismo viene determinado por los cromosomas sexuales. Así, por ejemplo, las células de un perro (78 cromosomas) se encuentran en dos series n = 39. De ellos, 38 pares son autosomas y 1 par se corresponde con los cromosomas sexuales, siendo X e Y, en el caso de los machos, y dos cromosomas X, en el caso de las hembras.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

5 Explica qué es un cromosoma homólogo.

6 Define número haploide y número diploide.

7 Explica qué son los autosomas y los cromosomas sexuales. ¿Por qué crees que a estos últimos también se los denomina heterocromosomas?

8 Elige una especie animal, averigua cuántos cromosomas tiene y haz un dibujo de cómo sería una célula haploide y una célula diploide de esta especie.

Centrómero

Cromátidas

Los tipos de cromosomas

Los cromosomas se clasifican en función de la posición del centrómero con respecto a los brazos.

- Metacéntricos. El centrómero se encuentra situado en la parte media del cromosoma. Los brazos tienen prácticamente la misma longitud.

- Submetacéntricos. El centrómero está desplazado hacia uno de los lados. Los brazos son ligeramente desiguales.

- Acrocéntricos. El centrómero está muy desplazado hacia uno de los extremos del cromosoma, lo que hace que los brazos sean muy desiguales.

- Telocéntricos. El centrómero se localiza en uno de los extremos del cromosoma, por lo que solo es visible un brazo.

El cariotipo

Un cariotipo es el conjunto de todos los cromosomas aislados de una célula y refleja el número, el tipo y la estructura de los cromosomas característicos de una especie.

En un cariotipo, los autosomas se colocan, primero, ordenados por parejas de homólogos, de mayor a menor tamaño, y los cromosomas sexuales se sitúan al final.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

9 Observa ahora el cariotipo de la imagen y responde.

a) ¿Cuántos cromosomas observas en este cariotipo? Numéralos y diferencia entre autosomas y cromosomas sexuales.

b) ¿Se corresponde a un cariotipo dentro de los parámetros habituales? Explícalo y averigua a qué síndrome corresponde.

Tipos de cromosomas

Esquema de un cariotipo humano

Cariotipo de una célula humana. El color simboliza el origen de cada serie de cromosomas (uno procedente de cada progenitor). Los autosomas lo conforman las parejas de la 1 a la 22, y los cromosomas sexuales, la pareja 23. En este caso formada por dos cromosomas sexuales homólogos; esto es, XX.

La expresión de los genes. Síntesis de proteínas

El código genético

Observa el código genético y responde a las siguientes preguntas:

a) Escribe dos secuencias de código genético que pudieran dar como resultado la siguiente secuencia de aminoácidos: metionina-serina-arginina-glicocola-stop.

b) ¿Qué utilidad puede tener que diferentes secuencias de nucleótidos puedan codificar un mismo aminoácido?

El ADN es el portador de la información genética. Un gen o fragmento de ADN lleva información que, por lo general, se expresa a través de la síntesis de una proteína.

2.1 La transcripción

Las proteínas se sintetizan en los ribosomas, que se encuentran en el citoplasma celular (libres o adheridos al retículo endoplasmático). Como el ADN permanece en el núcleo de la célula, debe existir un mecanismo que le permita «trasladar» esa información que porta el material genético hasta el citoplasma. Este mecanismo es la transcripción.

La transcripción sucede en el núcleo de la célula donde la información almacenada en el ADN (según la secuencia de sus bases) se transfiere a una molécula de ARN mensajero (ARNm).

2.2 El código genético

La correspondencia entre los codones de ARNm y los aminoácidos que forman las proteínas es el código genético.

El código genético determina cómo se traduce una secuencia de ARNm a una secuencia de aminoácidos de una proteína. En este código, cada trío de nucleótidos consecutivos, llamado codón o triplete, se corresponde con un aminoácido determinado.

El código genético está degenerado, es decir, varios tripletes distintos pueden codificar un mismo aminoácido, como la prolina que puede ser CCU, CCC, CCA y CCG. Esto ayuda a que se reduzcan los errores al colocar los nucleótidos durante la transcripción.

2.3 La traducción

La traducción consiste en la síntesis de una molécula de proteína, según el código contenido en la molécula de ARNm transcrito a partir de una secuencia de ADN.

La traducción tiene lugar en el citoplasma y la realizan los ribosomas. Además de los ribosomas, en este proceso intervienen la molécula de ARNm, que se ha formado en el proceso de transcripción, y una molécula de otro tipo de ARN, llamada ARN transferente (ARNt), que se encarga de transportar los aminoácidos hasta el ribosoma.

Hay un ARNt para cada uno de los aminoácidos. Esta molécula contiene en su estructura un conjunto de tres nucleótidos denominado anticodón. Las bases del anticodón del ARNt son complementarias a las del codón del ARNm.

Ribosoma

El ARNm resultante de la transcripción del ADN pasa al citoplasma.

Una vez en el citoplasma, el ARNm se une a los ribosomas.

La traducción

Observa la ilustración y responde a las preguntas:

• ¿En qué parte de la célula ocurre a transcripción?

• ¿En qué parte de la célula se unen el ribosoma y el ARNm?

La proteína va creciendo a medida que se lee la información del ARNm y se van uniendo ARNt con sus respectivos aminoácidos unidos.

Cada aminoácido, unido a su ARNt, reconoce una secuencia concreta de tres bases del ARNm (triplete o codón) y se une a ella, originando así la cadena de proteína.

Proteína

Aminoácidos ARNt ARNt

Paralelamente, los aminoácidos libres se unen a otro tipo especial de ARN, denominado ARN de transferencia (ARNt).

Los ARNt cargados con aminoácidos los transportan hasta los ribosomas.

Una vez leída toda la cadena de ARNm, la proteína se separa del ribosoma y queda libre en el citoplasma.

Núcleo

ARNm

ARNm

ARNm

3

La transmisión de la información genética

El ciclo celular

Fase S:

3.1 El ciclo celular

Se llama ciclo celular a las fases en las que se puede dividir la vida de una célula. En las células eucariotas, el ciclo celular es muy complejo. Se divide en dos períodos: la interfase y la fase mitótica.

La interfase

Es una etapa larga durante la cual la célula crece, duplica su ADN y se prepara para la división. Se divide en fase G1, fase S y fase G2.

Fase mitótica o de división celular

- Es una breve etapa durante la que la célula divide, primero, su núcleo y, después, su citoplasma.

- Mitosis o fase M. La célula divide su núcleo, es decir, se reparte el material genético entre las dos células que se están formando. La mitosis consta de cuatro fases, denominadas profase, metafase, anafase y telofase.

- Citocinesis. La célula divide su citoplasma y sus orgánulos entre las dos células hija que contienen idéntica dotación cromosómica que la madre.

INTERFASE

La célula realiza una copia exacta de su material genético (duplicación o replicación del ADN).

Fase G2:

Fase G1:

La célula hija acaba de nacer, se produce crecimiento celular, se duplican el número de orgánulos y estructuras citoplasmáticas.

PROFASE METAFASE ANAFASE CITOCINESISTELOFASE

Fase M o mitosis

La célula experimenta una nueva etapa de crecimiento y alcanza el tamaño adecuado para la división celular. Los centriolos se duplican en esta etapa.

3.2 La replicación

La replicación del ADN es el proceso por el cual se sintetizan dos copias idénticas de la molécula de ADN.

La replicación es semiconservativa, es decir, la doble hélice se desenrolla y cada cadena sirve de «molde» para construir una complementaria. La replicación del ADN la lleva a cabo una enzima específica, la ADN polimerasa, que une los nucleótidos siguiendo la secuencia de la cadena molde. Al terminar este proceso se habrán formado dos dobles hélices idénticas, que se reparten entre cada célula hija.

La replicación

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

1 Anota las diferencias entre las células que están en fase G1 y las que están en fase G2.

2 Revisa el recurso «La replicación paso a paso» que puedes encontrar en anayaeducacion.es y explica cuál crees que es la importancia de que durante la replicación se formen copias de ambas hebras de ADN a la vez. 1 2 3

1 La doble hélice se desenrolla y la molécula se abre como una cremallera separándose ambas cadenas.

2 Cada cadena de ADN se duplica de forma independiente, sirviendo de molde para fabricar una nueva cadena complementaria mediante el acoplamiento de los nucleótidos (los de adenina con los de timina, y los de guanina con los de citosina).

3 Las nuevas moléculas se enrollan en espiral formando la estructura de doble hélice. El resultado final son dos nuevas dobles hélices, que son una copia exacta de la molécula de partida. Cada una de ellas está formada por una cadena antigua y otra nueva.

4

La mitosis y la citocinesis

4.1 La mitosis

La mitosis es el proceso a través del cual se produce la división del núcleo de la célula.

Significado biológico de la mitosis

En los organismos pluricelulares, la mitosis tiene como función permitir el crecimiento del individuo mediante divisiones sucesivas y la renovación de las células deterioradas. En los organismos unicelulares, la mitosis es un mecanismo de reproducción asexual, que permite aumentar el número de organismos de una especie.

4.2 La citocinesis

La citocinesis es el proceso por el que la célula divide su citoplasma y sus orgánulos entre las dos células hija.

La citocinesis varía de un tipo celular a otro, debido a la diferente estructura de sus envolturas externas. Las células eucariotas de tipo animal solo están envueltas por la membrana plasmática, por lo que pueden deformarse fácilmente. Por el contrario, en las células eucariotas de tipo vegetal, la membrana está rodeada de una gruesa y rígida pared celular, que impide su deformación.

El ciclo celular y el cáncer

Ya conoces el ciclo celular y sabes cómo ocurre la mitosis y cuál es su significado biológico, pero ¿sabías que muchos cánceres se producen por alteraciones en el control del proceso de mitosis o del ciclo celular?

Las mutaciones, que estudiarás más adelante, son cambios que se producen en la secuencia del ADN de un organismo. Algunas de estas mutaciones cuando son muy dañinas provocan que la célula muera en un proceso llamado apoptosis, pero, a veces, la célula no muere y se puede originar un cáncer. Observa el esquema de la derecha y contesta a las preguntas:

a) Describe con tus propias palabras qué ocurre en cada parte del esquema.

b) Busca información y explica qué es la apoptosis.

c) Averigua qué es la metástasis y añade un dibujo al esquema que explique cómo funciona este proceso.

Reparación celular

Factor cancerígeno

Apoptosis

División normal División de célula cancerosa

Células tumorales

Metafase

La mitosis y la citocinesis

• Cada par de centriolos migra a un polo de la célula y entre ellos se forma el huso acromático, un haz de fibras del citoesqueleto que se dirigen hacia el otro extremo de la célula.

• La envoltura nuclear se desintegra.

• El ADN se condensa en forma de cromosomas, formados por dos cromátidas hermanas.

Anafase

• Los centriolos se mantienen en los polos opuestos de la célula.

• Los componentes de la envoltura nuclear están dispersos por el citoplasma.

• Los cromosomas se sitúan en el ecuador de la célula y se unen a las fibras de huso acromático.

Telofase

• Los centriolos comienzan a acortar las fibras del huso acromático, tirando de los cromosomas en direcciones opuestas.

• Los componentes de la membrana nuclear continúan dispersos por el citoplasma.

• Se separan las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma, migrando hacia los polos de la célula.

Citocinesis

• Los centriolos comienzan a acortar las fibras del huso acromático, tirando de los cromosomas en direcciones opuestas.

• Los componentes de la membrana nuclear continúan dispersos por el citoplasma.

• Se separan las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma, migrando hacia los polos de la célula.

Citocinesis de una célula animal

Citocinesis de una célula vegetal Fragmoplasto Anillo

• El citoplasma se divide por estrangulamiento de la membrana.

• Se forma un anillo en el ecuador de la célula que se va estrechando.

• Finalmente, la membrana se rompe, dividiendo la célula en dos células hija.

• La pared celular impide el estrangulamiento.

• La división del citoplasma se realiza mediante la formación de un tabique en el ecuador de la célula denominado fragmoplasto.

• El tabique progresa desde el centro de la célula hacia el exterior formándose una pared celular entre las células hija.

5.1 La

La meiosis y la reproducción sexual

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

1 Escribe qué significa que un organismo sea diploide y que sus gametos sean haploides.

2 Anota cuántos cromosomas tienen las células somáticas y los gametos humanos y cuáles de estas células son haploides y cuáles son diploides.

3 Elige un animal que se reproduzca sexualmente y busca información sobre el número de cromosomas que tienen sus células somáticas. Después, anota cuántos cromosomas tendrán sus gametos.

4 Explica la importancia biológica del sobrecruzamiento durante la meiosis.

reproducción sexual

En la reproducción sexual, se requieren dos progenitores para formar un nuevo individuo, y el descendiente es una combinación de las características de sus progenitores.

Los organismos con reproducción sexual tienen dos tipos de células:

- Las que están formando parte del cuerpo son las denominadas células somáticas, que son células diploides (2n).

- Las células especializadas en la reproducción, denominadas células germinales, son diploides (2n), pero, a través de una división especial llamada meiosis, dan lugar a las células sexuales o gametos, que son haploides (n).

De esta manera, cuando sucede la fecundación, el gameto masculino (n) se une al gameto femenino (n), para dar lugar al cigoto o célula huevo (2n); es decir, se forma una célula con el mismo número de cromosomas que sus progenitores.

5.2 La meiosis

La meiosis es el proceso especial de división a través del cual se forman células haploides. Mediante este proceso se forman los gametos.

Significado biológico de la meiosis

- La meiosis es un proceso indispensable para reducir a la mitad el número de cromosomas durante la formación de las células sexuales. Así, a partir de células diploides (2n), con dos juegos completos de cromosomas, se obtienen células haploides (n), con un único juego de cromosomas.

- Durante la meiosis, se produce el denominado sobrecruzamiento, o intercambio de fragmentos de cromátidas hermanas, entre cromosomas homólogos. Este intercambio de información hace que se obtengan células genéticamente distintas a la célula madre, lo que genera la denominada variabilidad genética; es decir, modificaciones en la información genética que producen la diversidad genética en los organismos.

El proceso de la meiosis

La meiosis consta de dos divisiones consecutivas; entre ambas no hay duplicación del ADN, ya que este solo se duplica en la interfase:

- La primera división meiótica separa las parejas de cromosomas homólogos. Consta de profase I, metafase I, anafase I y telofase I.

- La segunda división meiótica separa las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma. Consta de profase II, metafase II, anafase II y telofase II, tras la que se produce la citocinesis.

La formación de gametos y la meiosis

Las células germinales dan lugar a las células sexuales o gametos, mediante el proceso de gametogénesis, que es un proceso de meiosis. En los animales, este proceso se denomina espermatogénesis, cuando se producen los gametos masculinos o espermatozoides, y ovogénesis, cuando se forman los gametos femeninos u óvulos.

Espermatogénesis

Ovogénesis

1 2 3

1 Se produce la primera división meiótica, en la que se separan los cromosomas homólogos entre las dos células hija.

2 Se produce la segunda división meiótica, en la que se reparten las cromátidas de cada cromosoma entre las células hija.

3 Las células hija maduran hasta formar espermatozoides (n).

1 2 3

1 Se produce la primera división meiótica. Se separan los cromosomas homólogos y se produce una distribución desigual del citoplasma. La célula mayor es el oocito, y la pequeña, el corpúsculo polar.

2 Se produce la segunda división meiótica. Se reparten las cromátidas de cada cromosoma entre las células hija.

3 El resultado es la formación de un óvulo (n) y tres corpúsculos polares (n).

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

5 Explica las diferencias entre la ovogénesis y la espermatogénesis.

6 ¿Qué pasaría si...? ¿Qué pasaría si durante la meiosis no se redujese el número de cromosomas de las células para formar los gametos? Aprende a usar esta técnica de pensamiento con el recurso que puedes encontrar en anayaeducacion.es

Primera división meiótica, paso a paso

Profase I

Es la etapa más larga de la meiosis. En ella, las fibras de cromatina que se duplicaron en la interfase se condensan y se forman los cromosomas.

Cada cromosoma reconoce a su homólogo y se empareja con él cerrándose como una cremallera en un fenómeno llamado sinapsis.

A continuación, se produce un intercambio de fragmentos entre las cromátidas no hermanas. Este fenómeno se llama sobrecruzamiento y supone un intercambio de información hereditaria o recombinación genética entre los cromosomas.

Las parejas de cromosomas homólogos se mantienen unidos por los puntos de sobrecruzamiento y se sitúan en el ecuador de la célula sujetos a los filamentos del huso.

Metafase I

Anafase I

Telofase I y citocinesis

Las fibras del huso se acortan y separan a los cromosomas de cada pareja de homólogos, que se dirigen a los polos opuestos. Al separarse, los brazos entrecruzados se llevan los fragmentos de las cromátidas no hermanas, como consecuencia de la recombinación genética producida en la primera etapa meiótica.

Las fibras del huso desaparecen y los cromosomas se descondensan. Se forma de nuevo la membrana nuclear. Finalmente, el citoplasma se divide y se forman dos células hija (n) cuyo número de cromosomas se ha dividido a la mitad.

Profase II

Segunda división meiótica, paso a paso

Esta división se produce de forma simultánea en las dos células resultantes de la primera división.

Sin pasar por una interfase desaparece la membrana del núcleo y se vuelven a visualizar los cromosomas.

Los cromosomas se sitúan en el ecuador de la célula y forman la placa ecuatorial.

Metafase II

Las dos cromátidas de cada cromosoma se separan y migran, cada una de ellas a un polo celular.

Anafase II

Telofase II y citocinesis

Los cromosomas se descondensan y se forma la cromatina. Se constituye la membrana nuclear.

Tras la telofase tiene lugar la división del citoplasma y el reparto de orgánulos entre las células hija.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

7 Explica las diferencias entre las metafases I y II, las anafases I y II y la célula madre y las células hijas.

El resultado final es que se forman cuatro células hija n, esto es, con la mitad de cromosomas que la célula madre.

8 Nombra los tipos de células que se generan con la meiosis en los seres humanos.

Para terminar

Organiza las ideas

1 Rueda de atributos. Completa en tu cuaderno la siguiente rueda de atributos sobre la molécula de ADN. Aprende a utilizar este organizador gráfico en anayaeducacion.es

Formada por dos cadenas de nucleótidos enrolladas en forma de ?

Cada nucleótido se forma de ? , ? y ?

Ambas cadenas se mantienen unidas por ?

LA MOLÉCULA DE ADN

Existen cuatro tipos de bases nitrogenadas

• ?

• ?

• ?

• ?

Las bases nitrogenadas no se unen ?

Interpreta imágenes

3 Observa las siguientes imágenes y contesta a las preguntas:

Las bases nitrogenadas se sitúan ? y los ?

Haz un resumen

Las cadenas son ? Es la base para la ? Timina se une con ? y citosina se une con ?

a) ¿Qué tipo de ácido nucleico representan? b) ¿En qué se parecen y en qué se diferencian estas dos biomoléculas? c) ¿Qué función/es llevan a cabo en las células?

2 Elabora tu propio resumen de la unidad siguiendo este guion:

• Explica la composición y la estructura del ADN.

• Nombra los tipos de ARN que existen, relacionándolos con su función.

• Define transcripción y nombra las moléculas implicadas en el proceso.

• Define traducción y nombra las moléculas que intervienen en ella.

• Explica qué es y para qué sirve el código genético.

• Explica brevemente las diferentes fases del ciclo celular.

• Explica paso a paso cómo se produce la replicación del ADN.

• Explica las fases de la mitosis y el significado biológico del proceso.

• Establece las diferencias entre la citocinesis de células animales y vegetales.

• Define meiosis y explica su significado biológico.

• Indica los principales acontecimientos de cada una de las fases de la meiosis.

4 ¿Qué proceso tiene lugar en la imagen que se muestra a continuación? ¿Qué moléculas intervienen en él? Explícalo paso a paso.

5 En la imagen se observa una célula en anafase. Observa los cromosomas e indica si se trata de la anafase mitótica, de la anafase I meiótica o de la anafase II meiótica. Justifica tu respuesta.

Aplica

6 Deduce y razona si las siguientes cadenas de nucleótidos corresponden a una molécula de ADN o de ARN.

a) ACCGGAUCUAGAUCGAUC

b) ACTTAGGCAATCGACGGAT

7 Dada la siguiente secuencia de ADN: TACCCCACTGAGATC

a) Transcríbela a una molécula complementaria de ARNm.

b) Tradúcela, utilizando el código genético, a una secuencia de aminoácidos.

8 Explica por qué la replicación del ADN es semiconservativa.

10 Escribe la cadena o hebra complementaria de la siguiente secuencia de ADN: ATA CCG CAC CCC ATG TCG AT.

11 Explica por qué es más larga la profase I de la meiosis que la profase de la mitosis.

12 Razona qué tipo de división sufrirá una célula hepática (del hígado) humana. ¿Cuántos cromosomas tendrá la célula madre?, ¿y las células hija?

13 Explica qué es la espermatogénesis. ¿Dónde tiene lugar este proceso?

Avanza

14 Identifica las fases de la mitosis en la que se encuentran las células del tejido que se observa en la siguiente micrografía:

? MITOSIS MEIOSIS

Tipo de células en las que tiene lugar N.º de divisiones N.º de células hijas

9 Completa la siguiente tabla relativa a mitosis y meiosis: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

N.º de cromosomas en las células hijas ¿Existe recombinación genética?

SITUACIÓN DE APRENDIZAJE

REFLEXIONA Y VALORA

Utilizando la escala calcula el número de aumentos con los que se ha tomado la fotografía. ¿Con qué tipo de microscopio se ha visualizado la imagen?

Resuelvo cuestiones relacionadas con las características de los ácidos nucleicos.

Analizo y represento gráficamente los procesos de división celular. Explico el significado y la función de los procesos de traducción, transcripción y replicación del ADN.

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