BIOLOGIA - CIENCIAS BIOLOGICAS

La Biología es una disciplina que pertenece a las Ciencias Naturales. Su principal objetivo es el estudio del origen, de la evolución y de las propiedades que poseen todos los seres vivientes. La palabra biología deriva del griego y significa “estudio de la vida” (bios, vida y logos, estudio o tratado).
Ciencia es el conjunto de conocimientos obtenidos a través de la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales. La Biología es una ciencia que incluye diversas disciplinas que en ocasiones se tratan de manera independiente. La biología molecular y la bioquímica estudian la vida a partir de las moléculas, mientras que la biología celular o citología lo hacen a partir de las células. La anatomía, la histología y la fisiología realizan el estudio desde un aspecto pluricelular. Es por ello que la Biología debe considerarse como un conjunto de ciencias, puesto que los seres vivos pueden ser estudiados a partir de diferentes enfoques. Ese conjunto de ciencias forma parte de las Ciencias Biológicas, donde se incluyen la morfología, la fisiología, la microbiología, la genética, la patología, la taxonomía y muchas disciplinas más que se detallan a continuación.

MORFOLOGÍA
Es el estudio de las formas, de la constitución de los seres vivientes. La morfología se subdivide en Anatomía, Histología y Embriología.
-Anatomía: trata sobre la estructura macroscópica de los organismos, su ubicación y la relación entre los distintos órganos que forman parte del ser vivo, sea animal o vegetal. Por lo tanto, debe considerarse una Anatomía Animal, que estudia las características que tienen los órganos como músculos, huesos, estómago, corazón, órganos reproductores, etc., y una Anatomía Vegetal, que describe la estructura de las distintas partes de las plantas.
-Histología: es el estudio de los tejidos. Se considera como una anatomía microscópica, ya que el conjunto de células que cumple funciones similares puede visualizarse a través de microscopios. Debe considerarse la Histología Animal y la Histología Vegetal, según sea el organismo en estudio.
-Embriología: en una rama de las Ciencias Biológicas que trata sobre el desarrollo de los seres vivos desde la fecundación hasta alcanzar la etapa adulta. Tras la fecundación se forma el huevo o cigoto, en cuyo interior se va formando el embrión del nuevo ser (etapa embrionaria). Una vez que se formaron los principales órganos y estructuras se llega a la etapa fetal, donde el feto continúa su desarrollo hasta el nacimiento. La Embriología se relaciona con la Anatomía y la Histología.

FISIOLOGÍA
Rama de las Ciencias Biológicas que estudia el funcionamiento de los distintos órganos y tejidos, ya sean de origen animal (Fisiología Animal) o de origen vegetal (Fisiología Vegetal).

MICROBIOLOGÍA
Es el estudio de los microorganismos.

PATOLOGÍA
Corresponde al tratado sobre las distintas enfermedades de plantas y animales.

BIOQUÍMICA
Es una Ciencia Biológica que estudia los componentes químicos de los organismos, como los hidratos de carbono, las grasas, las proteínas, los ácidos nucleicos y demás moléculas intracelulares. La Bioquímica trata todos aquellos fenómenos químicos esenciales para la vida.

GENÉTICA
Es una división de las Ciencias Biológicas que estudia la forma en que los factores hereditarios se transmiten de una generación a otra, como así también el modo en que se controlan dichos procesos.

ECOLOGÍA
Es el estudio de los ecosistemas, de la relación existente entre los seres vivos y el ambiente en el que se encuentran.

BOTÁNICA
Rama de las Ciencias Biológicas que estudia los vegetales.

ZOOLOGÍA
Es el tratado sobre los animales

PALEONTOLOGÍA
Es el estudio de los seres extinguidos.

TAXONOMÍA
Se encarga de la clasificación de todos los seres vivos que existen en el planeta.

Cabe señalar que las disciplinas antes nombradas son algunas de todas las ciencias biológicas existentes. La Citología es la rama que estudia las células, la Etología el comportamiento, la Parasitología trata sobre los parásitos de plantas y animales y la Entomología estudia los insectos. No puede dejar de mencionarse a la nutrición y la reproducción de los organismos animales y vegetales, procesos de suma importancia para los seres vivos cuyo estudio también está dentro de las Ciencias Biológicas. Por último, la Biofísica se encarga de estudiar la Biología con métodos y principios propios de la Física. A la fecha existen dudas en considerar a la Biofísica como parte de la Física o de la Biología.
Al principio de este trabajo se dijo que la Biología era una rama de las Ciencias Naturales. Las Ciencias Naturales están formadas por un grupo de ciencias que se ocupan del estudio de la Naturaleza, entre ellas la Biología, la Astronomía, la Física, la Química y las Ciencias de la Tierra.

EL METODO CIENTIFICO

Se entiende por método científico al proceso destinado a explicar fenómenos, establecer relaciones entre los hechos y enunciar leyes que puedan explicar los fenómenos físicos que suceden en el mundo. De esa manera, y gracias al método científico, es posible obtener aplicaciones útiles al hombre. En general, son prácticas utilizadas y ratificadas por la comunidad científica como válidas a la hora de proceder, con el fin de exponer y confirmar sus teorías. Es requerimiento fundamental del método científico, que todas las hipótesis y teorías deben ser probadas mediante la observación del mundo natural, restándose importancia tanto al raciocinio como a la intuición. Según algunos investigadores, el método científico es el modo de llegar a elaborar teorías, entendiendo éstas como configuración de leyes. Todo experimento debe ser reproducible, es decir, debe estar planteado y descrito de forma que pueda repetirlo cualquier experimentador que disponga del material adecuado. Según el filósofo Francis Bacon, el método científico consta de los siguientes pasos.

1- OBSERVACIÓN
La observación consiste en el estudio de un fenómeno que se produce en sus condiciones naturales. En el método científico, la observación debe ser cuidadosa, exhaustiva y exacta.
Consiste en la medida y registro de los hechos observables a través de instrumentos científicos. Además, estas observaciones deben ser realizadas profesionalmente, sin la influencia de opiniones o emociones. Tener en cuenta que observar es aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a un fenómeno, para estudiarlos tal como se presentan en realidad. A partir de la observación surge el planteamiento del problema que se va a estudiar, lo que lleva a emitir alguna hipótesis o suposición provisional de la que se intenta extraer una consecuencia.
La observación es una de las manifestaciones, junto con la experimentación, del método científico o verificación empírica. Ambas son complementarias, aunque hay ciencias basadas solo en la observación, tal el caso de la astronomía, pues el objeto de sus estudios no puede ser llevado a cabo en un laboratorio. Ciencia es una palabra que deriva del latín scientia, que significa conocer.

2- HIPÓTESIS
Una hipótesis puede definirse como una solución provisional (tentativa) para un problema dado. El nivel de verdad que se le asigne a tal hipótesis dependerá de la medida en que los datos empíricos recogidos apoyen lo afirmado en la hipótesis. Esto es lo que se conoce como proceso de validación de la hipótesis.

3- EXPERIMENTACIÓN
Es el método común de las ciencias y las tecnologías basado en probar la hipótesis. Consiste en el estudio de un fenómeno, reproducido generalmente en un laboratorio, en las condiciones particulares de estudio que interesan, eliminando o introduciendo aquellas variables que puedan influir en él. Los resultados de un experimento pueden describirse mediante tablas, gráficos y ecuaciones de manera que puedan ser analizados con facilidad y permitan así encontrar relaciones entre ellos que confirmen o no las hipótesis emitidas. De todos los pasos en el método científico, el que verdaderamente separa la ciencia de otras disciplinas es el proceso de experimentación. Para comprobar o refutar una hipótesis, el científico diseñará un experimento para probar esa hipótesis.

4- CONCLUSIONES
Son proposiciones a las que se llega a través de argumentos válidos que parten de una hipótesis. Las conclusiones dan lugar a la formulación de tesis o teorías científicas. La tesis es una proposición que se da por verdadera. La teoría científica constituye una explicación o descripción de un conjunto de observaciones o experimentos. Está basada en hipótesis o supuestos verificados por grupos de investigadores, y en general abarca varias leyes comprobadas. Los científicos emplean el método científico como una forma planificada de trabajar. Sus logros son acumulativos y han llevado a la humanidad al momento cultural actual.

EJEMPLO DE METODO CIENTIFICO

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SISTEMAS Y SUBSISTEMAS

Un sistema es un conjunto ordenado de elementos que están interrelacionados y que interactúan entre sí para lograr un objetivo. Otra manera de definir un sistema es describirlo como el conjunto de elementos, partes o unidades que componen un todo. Un sistema es una parte del universo con una limitada extensión en cuanto al espacio y tiempo. Los sistemas presentan límites o fronteras, que son barreras entre el sistema y el ambiente. Esos límites marcan todo aquello que está dentro y fuera del sistema. La materia, energía y recursos que entran y salen de un sistema lo hacen a través de esos límites.

Cada una de las partes que forma el sistema tiene una función específica, pero para mantener el conjunto en funcionamiento unas dependen de otras, es decir, actúan de manera integrada.
Para poder analizar un sistema se hace necesario conocer sus componentes y las relaciones existentes entre esos componentes. Además, de esa forma se llega a conocer la estructura de ese sistema. De acuerdo a su origen, un sistema puede ser natural, artificial (hecho por el hombre) o híbrido (una combinación de los dos anteriores). Es así que un sistema natural puede ser representado por un lago, un río, una planta o un animal, un sistema artificial por una escuela, un automóvil o una computadora y un sistema híbrido por una central hidroeléctrica. Respecto de su funcionamiento, los sistemas pueden ser aislados, cerrados o abiertos. Son aislados cuando su frontera o límite impide cualquier tipo de intercambio, ya sea de materia, energía, recurso o información. Por lo tanto, no reciben ningún recurso externo por ser herméticos a cualquier acción del ambiente. Un ejemplo de sistema aislado sería una reacción química que tenga lugar en un recipiente totalmente sellado. Un sistema es cerrado cuando su límite solo permite el intercambio de energía, por ejemplo, una olla a presión.

Un sistema es abierto cuando presenta relaciones de intercambio con el ambiente, a través de entradas y salidas. Los sistemas abiertos intercambian materia y energía regularmente con el medio ambiente. Son eminentemente adaptativos, o sea que para sobrevivir deben reajustarse constantemente a las condiciones del medio. El siguiente esquema representa un típico sistema abierto, donde hay un permanente flujo de energía y materia con el entorno o medio ambiente.
Por ejemplo, una planta recibe (entrada) agua, dióxido de carbono, sales y luz solar como material energético, y entrega (salida) oxígeno al medio ambiente, además de flores, frutos, madera, etc. Debe notarse que este sistema abierto (planta) procesa la materia y la energía que entra. Una parte la devuelve al medio y otra parte la conserva para mantener sus funciones vitales.

Esquema de sistemas cerrado, aislado y abierto Desde el punto de vista de la organización, existen sistemas, subsistemas y suprasistemas, es decir, hay niveles entre ellos de acuerdo al interés que se trate. Es así que un país puede considerarse como un sistema, formado por subsistemas que serían sus provincias o estados. Por otra parte, ese país como sistema es, a su vez, un subsistema dentro de un sistema mayor denominado suprasistema, que vendría a ser el continente geográfico al que pertenece esa nación.

En general, hablar de sistema, subsistema o suprasistema varía de acuerdo al interés en donde uno se ubique para el análisis. El sistema nervioso y el sistema digestivo son subsistemas de un sistema mayor que es el individuo, a la vez incluido dentro de un suprasistema que sería la población donde vive ese individuo.

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ECOSISTEMAS

Se denomina ecosistema a todas las interacciones que se establecen entre los seres vivos y entre éstos y el ambiente en que se encuentran. Un ecosistema es la totalidad de los vegetales y los animales en una determinada región, junto con el entorno físico donde viven. Por definición, el ecosistema está formado por elementos con vida (bióticos) y sin vida (abióticos). Dentro de los primeros se incluyen los animales, vegetales, algas, hongos, bacterias y protozoarios. Los factores abióticos son el agua, el suelo, el aire, los rayos solares, los factores climáticos, etc. Los ecosistemas son sistemas complejos, por lo que cualquier variación que ocurra en uno de sus componentes traerá consecuencias en todos los demás componentes. Por esa razón es importante saber las distintas relaciones que se establecen entre los seres vivos y su entorno. La ecología (del griego oikos = casa, vivienda, hogar) es la rama de las ciencias biológicas que estudia los ecosistemas, es decir, las relaciones recíprocas entre los seres vivos, su medio y las relaciones que establecen entre ellos. Los ecosistemas se estudian analizando las cadenas alimentarias, los ciclos de la materia y los flujos de energía. La importancia del concepto ecosistema radica en que “todo se relaciona con todo”. Los componentes de un ecosistema están interrelacionados y esa interrelación es esencial para la vida. Debido a que no existe una parte independiente de otra, ninguna puede ser modificada sin afectar a las otras. El bosque es un ejemplo de ecosistema, compuesto por el suelo, aire, nutrientes y agua donde cohabitan árboles, pasturas, aves, insectos, hongos y bacterias, entre otros factores bióticos. La consecuencia inmediata, por ejemplo, de la tala de árboles es la pérdida del hábitat de las aves, la erosión de los suelos, la acumulación de agua de lluvia y el desplazamiento de los nutrientes del suelo. Todos los ecosistemas necesitan una fuente de energía, representada por el sol, que se distribuye por los distintos componentes del ecosistema. De esa forma se mantiene la vida y se movilizan el agua, los minerales y otros componentes físicos del ecosistema. Además, hay un continuo movimiento de materia, ya que los distintos elementos químicos (carbono, oxígeno, nitrógeno, etc.) pasan desde el aire, el suelo o el agua hacia los seres vivos, y de éstos regresan luego al aire, suelo o agua cerrándose así el ciclo. Por lo expuesto, se puede afirmar que los ecosistemas son sistemas abiertos porque intercambian materia y energía con el entorno, aunque el ingreso de energía es más importante que el de la materia, puesto que ésta se recicla y la reingresa al sistema.

Representación de un ecosistema básico

Los ecosistemas pueden ser clasificados en aeroterrestres y acuáticos, dependiendo del lugar (aire, tierra, agua) en que se lleva a cabo la vida de los organismos vivos. Son ecosistemas aeroterrestres los bosques, las praderas, el desierto, una playa, una montaña, un tronco de árbol caído, etc. Dentro de los ecosistemas acuáticos se diferencian aquellos que son de agua dulce (ecosistemas acuáticos continentales) como los ríos, lagos, lagunas, arroyos, charcas, etc. y los de aguas saladas (ecosistemas marinos), como los mares y océanos. Los límites de los ecosistemas terrestres pueden distinguirse a partir del tipo de vegetación predominante. Tal el caso de los bosques, con sus numerosos árboles donde las copas forman un estrato, o una pradera donde abundan las pasturas bajas. Los accidentes geográficos que ofrecen una montaña, una playa o un lago son también una ayuda para establecer los límites de un ecosistema. Las siguientes fotografías ilustran un ecosistema del mar y diferentes tipos de ecosistemas en América.

ECOSISTEMA MARINO

MONTAÑA (Nevado Huascarán, Perú)

DESIERTO (Desierto de Atacama, Chile)

SELVA (Selva Lacandona, México)

PLAYA (Playa Verde, Uruguay)

PARQUE (Parque del Este, Venezuela)

RIO (Río San Cipriano, Colombia)

LAGO (Lago Nahuel Huapi, Argentina)

Cuadro resumen sobre ecosistemas

NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA ECOLOGÍA

La Ecología, rama de las Ciencias Biológicas que trata sobre los ecosistemas, tiene distintos niveles de estudio, ordenados de forma creciente de la siguiente manera: Individuo - especie - población - comunidad - ecosistema - bioma - biosfera

1-INDIVIDUO
Es cada ser vivo presente en la naturaleza. Un individuo es un caballo, un árbol, un clavel, un hombre o una bacteria.

2-ESPECIE
Son los individuos que se reproducen entre sí y dejan crías fértiles, como los seres humanos, los bovinos o los sauces. Hay casos en que dos individuos de diferentes especies pueden reproducirse, pero sus descendientes no son fértiles. Un ejemplo es el asno o burro con la yegua, que al reproducirse obtienen una mula. La mula puede vivir pero no es fértil, es decir, no produce descendencia. Otro ejemplo es el apareamiento entre un león y un tigre, cuyo descendiente se llama ligre, que es viable pero que no puede reproducirse.

3-POBLACION
Conjunto de individuos que viven al mismo tiempo en un mismo lugar, se relacionan entre sí y pertenecen a la misma especie. Son ejemplos la población humana, la población de plátanos o la población de camellos.

4-COMUNIDAD
Es el conjunto de poblaciones que conviven en un mismo lugar. Es por eso que en una comunidad hay muchas especies vegetales y animales. A la comunidad también se la denomina biocenosis.

5-BIOMA
Es un conjunto de ecosistemas con algunas características similares referentes al clima y a la vegetación uniforme. En otras palabras, un bioma es una unidad de gran extensión que abarca muchos ecosistemas que se desarrollan bajo un mismo clima, y que puede identificarse por su vegetación uniforme. Debe tenerse en cuenta que un determinado clima se acompaña de una vegetación característica. Por ejemplo:

-Clima cálido y seco: vegetación desértica
-Clima húmedo: bosques, selvas
-Clima semiseco: praderas

Se pueden encontrar biomas con árboles abundantes o escasos, o biomas con cantidades grandes o escasas de hierbas. En general:

-Biomas con árboles: selvas, montes y bosques
-Biomas con hierbas y árboles: parques
-Biomas con hierbas: praderas y estepas
-Biomas con muy escasa vegetación: desiertos

6-BIOSFERA
Es el conjunto de seres vivientes que habitan en el planeta. Forma un sistema abierto donde se intercambia materia y energía. La biosfera es la parte de la Tierra (agua, aire y suelo) donde existe vida, representada por vegetales, animales, hongos y microorganismos. Abarca desde una altura de 10 kilómetros en la atmósfera hasta la profundidad de los océanos.

Observando el esquema precedente, se puede afirmar que el espesor de la biosfera es de alrededor de 20 kilómetros, donde la existencia de la gran mayoría de los seres vivos solo depende de la energía proveniente del sol, de la circulación del calor y de los nutrientes
Dentro del límite de nuestro planeta hay cuatro partes interdependientes que son la atmósfera, la hidrosfera, la litosfera y la biosfera.


La atmósfera contiene todo el aire de la Tierra.
La hidrosfera abarca toda el agua del universo, ya sea líquida, sólida y gaseosa. Al tener los tres estados de agregación se moviliza a través de la litosfera, de la atmósfera y la hidrosfera.
La litosfera es la capa más externa de la tierra, con un espesor aproximado de 100 kilómetros. Está compuesta por la corteza continental y la corteza oceánica. Debajo de la litosfera se ubica la astenosfera, con un espesor de 200 kilómetros.

Capas de la Tierra

En resumen, se puede afirmar que la biosfera es la envoltura del planeta que abarca todas las áreas donde hay vida, desde una determinada altura de la atmósfera hasta la profundidad de los océanos.

7-ECOSFERA
Es la suma de todos los ecosistemas que forman parte de nuestro planeta, es decir, es el ecosistema global de la Tierra compuesto por los seres vivos (biosfera) y su relación con el medio ambiente que lo rodea. La ecósfera conforma un sistema cerrado donde solo se intercambia energía.
Cuando de ecosistemas se trata, hay ciertos términos que se utilizan y es preciso conocer.
Medio
Es el fluido que envuelve o rodea a los seres vivos. Por ejemplo, el agua (medio acuático) o el aire (medio aéreo).
Sustrato
Es la superficie donde se apoyan y desplazan los seres vivos, tal el caso de las rocas y los suelos.
Factores ambientales
son las variables externas al individuo capaces de influir en su existencia. Los factores ambientales pueden ser abióticos o bióticos. Dentro de los abióticos se encuentran los:

-Factores climáticos: la temperatura, la humedad, la presión atmosférica, etc.
-Factores edáficos: dependientes de las características del suelo.
-Factores hidrológicos: dependientes del agua.

Los factores ambientales bióticos son:
a) Las relaciones intra e interespecíficas: son las relaciones que se establecen entre una misma especie o entre especies diferentes. Según el tipo de relación establecida, existen distintos comportamientos que exigirán una determina adaptación por parte de las plantas y de los animales.
b) Densidad poblacional: concentración de individuos de la misma o de distinta especie ocupando un espacio determinado.
c) La vegetación: factor muy importante para los animales, ya que les proporciona alimentos, refugio y cobertura.
d) Influencia humana: importante factor ambiental biótico, ya que influye sobre el medio ambiente con el aumento de la población y la tecnología.

En síntesis, todos los factores ambientales abióticos y bióticos influyen sobre los seres vivos, debiendo éstos adaptarse a sus variaciones.

Biotopo
Término que incluye al medio (acuático, aéreo), al sustrato (rocas, suelo) y a los factores ambientales. El biotopo, conjuntamente con la comunidad o biocenosis, da lugar a un ecosistema.

Recurso
En Ecología, un recurso es todo lo que un organismo consume o utiliza para llevar a cabo sus funciones vitales. Son recursos el agua, los alimentos, la luz, etc.
Hábitat
Es un determinado lugar que ocupa una población (hormiguero, colmena, cueva) o una comunidad (fondo de un lago, orilla de un río). Un árbol es un hábitat de muchas aves, insectos y algunos mamíferos. En general no hay interferencia entre ellos porque algunos viven dentro del tronco, otros en la copa y algunos en las ramas más bajas del árbol. Cada hábitat posee recursos y condiciones particulares.
Nicho ecológico
Es la forma en que cada especie o población aprovecha los recursos (alimentos, agua) y las condiciones de su hábitat (temperatura, humedad, velocidad de las corrientes de agua) para poder crecer, vivir y reproducirse.

Por último, ya sabemos que los individuos de una misma especie forman poblaciones, y que varias poblaciones que habitan en un mismo lugar dan lugar a las comunidades. También sabemos que las comunidades vegetal y animal en interrelación permanente con los factores abióticos donde viven forman el ecosistema. El tamaño de un ecosistema puede ser tan pequeño como el tronco de un árbol o tan inmenso como el mar.

TRABAJO PRACTICO

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COMPONENTES ABIOTICOS DEL ECOSISTEMA

El suelo, el agua y la atmósfera son los componentes abióticos de un ecosistema que sirven de sustento o apoyo a la vida de plantas, animales y microorganismos. Otros elementos abióticos que también influyen son la luz, la temperatura, la humedad, la presión atmosférica, la velocidad de los vientos las sales minerales de los suelos y los restos orgánicos. Todos ellos son factores del ambiente físico que tienen injerencia sobre los seres vivos. A su vez, estos seres vivos también influyen sobre los componentes abióticos, porque los desechos de plantas y animales colaboran en la fertilización los suelos, y los vegetales aportan gran cantidad de oxígeno a la atmósfera cuando fotosintetizan.

EL SUELO
Es la parte más superficial de la corteza terrestre sobre la que viven animales, vegetales y microorganismos. Desde la profundidad, el suelo se forma a partir de minerales disgregados. Desde la superficie, por la descomposición de animales y plantas. La formación de los suelos es un proceso muy lento, donde mucho tienen que ver la roca madre en los procesos iniciales del desarrollo, los factores climáticos (lluvias, temperaturas y vientos) y la pendiente de los suelos. Cuando existen altas pendientes se ven favorecidos los fenómenos erosivos (desgaste) por acción de vientos y lluvias, dificultándose de esa manera el crecimiento de los vegetales.
El suelo está formado por capas denominadas horizontes. La sucesión de horizontes constituye el perfil del suelo, que no es más que un corte vertical del mismo. Un suelo maduro presenta tres horizontes, que se identifican con las letras A, B y C, desde la parte superficial a la profunda.
Horizonte A
Es la capa más externa, de color negro debido a la acumulación de materia orgánica producto de los restos de animales y vegetales (humus). También contiene material inorgánico (arena, arcilla y sales minerales). El horizonte A es muy fértil, con un espesor aproximado de 5 a 30 centímetros. Algunas partículas orgánicas e inorgánicas pueden ser arrastradas a la capa más profunda por acción de las lluvias. En el horizonte A hay gran cantidad de bacterias, hongos y demás microorganismos.
Horizonte B
De color amarillento o rojizo. Contiene sustancias como piedras y partículas de arena y arcilla, hierro y sales de carbonato de calcio. En esta capa se acumulan las sustancias orgánicas que proceden del lavado del horizonte A.
Horizonte C
Formada por partículas rocosas, esta capa es el resultado de la alteración de la roca madre. El horizonte C no posee sustancias orgánicas.


El suelo está formado por tres partes bien diferenciadas: un componente sólido (orgánico e inorgánico) un componente líquido (agua) y un componente gaseoso (aire). Un suelo se considera ideal cuando contiene un 50% de sustancias sólidas, un 25% de agua y un 25% de aire. El componente sólido inorgánico de los suelos representa el 45% en un suelo ideal. Contiene partículas de muy pequeño tamaño como la arcilla, de tamaño un poco mayor como el limo y por último partículas de arena fina y gruesa.


La tierra que es arrastrada por la lluvia se va depositando en el mismo orden, es decir, arcilla en la parte superior, limo en la intermedia y arena en la capa más profunda. Estos tres elementos provienen de la desintegración de la roca madre. En la siguiente tabla se detallan el diámetro de estas sustancias inorgánicas.

Los componentes orgánicos que forman parte del suelo son los restos de animales y vegetales en descomposición. Las hojarascas, hojas que caen al suelo, se descomponen por acción de la temperatura y la humedad. Los animales que mueren sufren el proceso de putrefacción. Una parte es ingerida por especies carroñeras, como los cuervos y las hienas, mientras que el sobrante se descompone y ayuda a que se abone la tierra.

-Humus
Es un componente del suelo de color oscuro, sin forma ni olor, que proviene de la transformación de desechos vegetales por acción de microorganismos del suelo. Cuanto más humus tiene el suelo más oscura es la tierra. Los suelos arenosos, que son más claros, tienen poco humus. La mayor parte de esta sustancia proviene de restos de vegetales que han sido comidos por los animales. Lo que no han podido digerir lo eliminan algo transformados con la materia fecal. El agua y el aire continúan el proceso de transformación que concluye cuando toma el color negro.
El humus, presente en el horizonte A, beneficia a los vegetales porque retiene sales nutritivas y mucha agua que la planta utiliza. Un suelo arenoso, al tener partículas más grandes, es más permeable que un suelo arcilloso, ya que el agua difunde con mayor facilidad. Además, los suelos arenosos son más aireados por la misma razón. El suelo más conveniente es aquel que tiene poros grandes y pequeños. Los poros grandes aseguran la filtración de la lluvia, una buena aireación y el drenaje más rápido del agua. Los poros pequeños brindan una mayor retención del agua.
En los suelos hay organismos invisibles a simple vista. Son las bacterias, los microorganismos animales llamados protozoarios, las algas y los hongos. Además, viven en los suelos animales más grandes como lombrices de tierra, pequeñas lagartijas sin patas (vivoritas cristal), escarabajos y diminutos caracoles.

EL AGUA
Es un recurso natural que cubre alrededor del 70% del planeta, formando los océanos, mares, glaciares, lagos y ríos. También se encuentra agua bajo la tierra impregnando el suelo y las rocas.

El 97% del agua que hay en el planeta es salada, y se encuentra en los mares y océanos. Estas aguas son asiento de muchas especies animales y vegetales que viven en diferentes profundidades. La zona fótica es la capa donde la luz penetra en el agua con mayor intensidad, favoreciendo la fotosíntesis de las especies vegetales. La capa fótica se ubica desde la superficie de los mares hasta los 200 metros de profundidad.
El agua de mar tiene una salinidad aproximada del 3,4 - 3,5% y un pH que oscila entre 7,5 y 8,3.

Composición química por cada litro de agua de mar
(en gramos)

El restante 3% del agua que hay en la Tierra es dulce, donde la mayor parte está en forma de hielo y en las aguas subterráneas, y una pequeña proporción en los ríos, lagos, lagunas y arroyos. Esta reducida parte de agua dulce tiene una importancia biológica muy grande, junto con el agua de la atmósfera.
El agua está compuesta por hidrógeno y oxígeno en relación 2:1 (dos átomos de H2 por cada átomo de O2). Si bien ambos elementos son gases, su combinación adopta el estado líquido a temperaturas mayores a 0º C y menores a 100º C. Cuando la temperatura es igual o menor a 0º C el agua solidifica formando hielo, mientras que si alcanza los 100º C se transforma en vapor.

Distribución del agua de la Tierra

Una característica importante del agua es su poder disolvente. En la tierra, disuelve sustancias minerales para que los vegetales puedan aprovecharlas. En los animales, casi la totalidad de las sustancias nutritivas que atraviesan las paredes del intestino están disueltas en agua. El aire disuelto que hay en el agua permite la vida de los seres acuáticos. Al calentar agua, el aire contenido en su interior empieza a dilatarse por acción del calor. A mayor temperatura se forman burbujas que van aumentando en forma progresiva de tamaño hasta que se desprenden. Es así que el agua recientemente hervida no contiene aire.


Ningún ser vivo puede vivir sin agua. En general, los humanos y animales contienen un 70-80% de agua en sus organismos, mientras que algunos vegetales como ciertas pasturas alcanzan el 90%. Diariamente se elimina agua del cuerpo con la orina, la materia fecal, la respiración y la transpiración. Por esa razón es importante el ingreso de agua en su reemplazo, como agua de bebida y la contenida en los alimentos.

LA ATMOSFERA
La atmósfera, que comenzó a formarse hace 4600 millones de años junto al nacimiento del planeta, es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra.
El aire atmosférico está formado por un 78% de nitrógeno, un 21% de oxígeno y 1% de diferentes gases, como el dióxido de carbono (0,03%), argón (0,9%), hidrógeno, neón, helio, etc. El aire es una mezcla de estos gases que rodea a nuestro planeta formando una capa llamada atmósfera, de un espesor aproximado a los 1000 km. La atmósfera se divide en capas menores concéntricas, de las cuales cuatro son las más importantes: la troposfera, la estratosfera, la mesosfera y la ionosfera. Entre dos capas atmosféricas hay una zona o límite que las separa denominada pausa.

-Troposfera
Es la capa que está en contacto con el suelo y las aguas. Tiene un espesor de 10 km en los polos y 20 km en el ecuador. En la troposfera se producen todos los cambios atmosféricos, como lluvias, vientos, nevadas y granizos. Posee abundante cantidad de agua por su cercanía con la hidrosfera. Hasta los 6 km la troposfera forma parte de la biosfera, y en ella se desarrolla la vida. En la troposfera, la temperatura disminuye a medida que se asciende a partir de la superficie terrestre. En su parte más elevada, es decir en la tropopausa, la temperatura alcanza los -70º C.
-Estratosfera
Se extiende a partir de la tropoausa, desde los 10 km en los polos y desde los 20 km en el ecuador hasta un límite superior, la estratopausa, ubicado a 50 km de la Tierra, aproximadamente. En esta capa no existen nubes, los vientos son muy fuertes y la temperatura aumenta de -60º C hasta -10º C al llegar a la zona más alta. En la estratopausa la temperatura es cercana a los 0º C. El oxígeno es muy escaso y no existe dióxido de carbono ni vapor de agua. A esa altura las radiaciones solares actúan sobre las moléculas de oxígeno y forman gas ozono (O3), que se acumula dando lugar a una capa ubicada entre 15 y 40 kilómetros de la Tierra. El ozono es un compuesto inestable de tres átomos de oxígeno que actúa como un potente filtro. La capa de ozono protege la vida de animales y vegetales absorbiendo los rayos ultravioleta. Si desapareciera, la luz ultravioleta del sol esterilizaría la superficie del planeta y aniquilaría toda la vida de los organismos.
-Mesosfera
Es la tercera capa de la atmósfera terrestre, que empieza después de la estratopausa situándose entre los 50 y los 100 km por encima del nivel del mar. Tal como sucede en la troposfera, la temperatura disminuye a medida que se asciende, hasta alcanzar -90° C. La mesosfera es la zona más fría de la atmósfera.
-Ionosfera
Se extiende a partir de la mesopausa entre 90 y 400 km por encima de la Tierra. Posee poco aire pero saturado de electricidad, posibilitando así las transmisiones de radio y televisión por su propiedad de reflejar las ondas. El gas predominante en la ionosfera es el hidrógeno. Las temperaturas son tan extremas que van desde los -70º C hasta los 1000º C a medida que se asciende. En la ionosfera se produce la destrucción de los meteoritos que llegan al planeta.
Existe otra capa llamada exosfera, ubicada por encima de los 500 km de la Tierra, que es el límite externo de la atmósfera. Es casi un vacío a partir del cual comienza el espacio cósmico. Sus gases principales son el hidrógeno y el helio. La temperatura nocturna es de -273º C y la diurna supera los 2400º C. Se cree que la exosfera alcanzaría más de 9000 km de distancia.
En resumen, se puede decir que la atmósfera:
-Contiene el oxígeno indispensable para la vida.
-Protege al planeta del frío y calor extremos.
-Almacena y distribuye la humedad.
-Atenúa la acción de las radiaciones solares sobre los organismos.



LA LUZ
La luz es un componente abiótico esencial del ecosistema, ya que constituye el suministro principal de energía para todos los organismos. La energía luminosa es convertida por los vegetales con clorofila en energía química mediante el proceso de fotosíntesis. Además de permitir esta importante función, la luz regula los ritmos biológicos de muchas especies.
En los bosques y selvas, donde los árboles viven muy cerca unos de otros, todos tratan de llevar sus ramas hacia la parte más elevada para poder obtener una mayor cuota de luz. En esos ecosistemas los árboles son altos y delgados. Si esos mismos árboles crecieran a la luz en lugares abiertos, se extenderían hacia los lados, tendrían menos altura, copa más frondosa y troncos más gruesos. En cuanto al comportamiento de los animales, algunos prefieren la luz (moscas, aves) y otros escapan de ella (miriápodos, lechuzas).
En la hidrosfera, la luz penetra en las aguas favoreciendo los procesos fotosintéticos. Ya se ha mencionado que la zona donde lo hace con mayor intensidad se denomina capa fótica, y llega hasta los 200 metros de profundidad. La intensidad de la luz en mares y océanos decrece a profundidades mayores, llegando a los 1000 metros (capa afótica) donde no puede realizarse la fotosíntesis.
El sol no solo envía luz visible al planeta, sino también radiación infrarroja (calor) y luz ultravioleta, resultando ser factores ecológicos muy valiosos ya que evitan ciertas reacciones bioquímicas que podrían ser perjudiciales para los organismos vivos.

LA TEMPERATURA Y LA HUMEDAD
Estos dos factores abióticos son muy importantes para determinar el microclima de un lugar. La característica de un determinado biotopo depende de la temperatura ambiente y de la humedad existente en el aire y en el suelo. En áreas desérticas, los animales viven en sus guaridas durante el día para evitar que las altas temperaturas provoquen pérdidas importantes de agua. En zonas muy frías, la hibernación es un fenómeno que adoptan ciertos animales durante el invierno para reducir al mínimo todas las actividades fisiológicas. La temperatura corporal comienza a descender hasta valores bastante bajos y el animal entra en un sueño que dura todo el período invernal.
La humedad de un determinado lugar está condicionada a diversos factores, como ser la temperatura que reina en esa zona a lo largo del año, las precipitaciones anuales (lluvia, nieve, rocío), los vientos, la cobertura de los vegetales, las características del suelo (arenoso, arcilloso), etc. Supongamos que hay dos regiones diferentes, A y B, y en ambas cae la misma cantidad de lluvia en el año. Si la región A tiene una temperatura anual menor que la B, la humedad será mayor porque hay menor evaporación. En la región B, al tener una temperatura media anual mayor que la de A, la humedad es menor porque hay más evaporación.

LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA Y LOS VIENTOS
Las corrientes de aire tienen efectos benéficos al intervenir en la polinización de las flores y en el desplazamiento de esporas y de semillas, entre otros. Además, los vientos renuevan los bosques derribando especies vegetales viejas o enfermas, abriéndose claros para el mejor desarrollo de árboles y arbustos jóvenes. También los vientos tienen efectos perjudiciales al erosionar los suelos de algunas regiones.
La presión atmosférica se define como el peso del aire por unidad de superficie. Dicha presión disminuye con la altura. Las zonas de alta presión están por encima de los 1013 hectopascales, mientras que las de baja presión están por debajo de esa magnitud. Los vientos se forman por el desplazamiento del aire desde zonas de mayor presión a las de menos presión.

Características de la atmósfera a diferentes alturas
(en áreas templadas)

Síntesis de los componentes abióticos de un ecosistema

AUTOEVALUACION

RELACIONES ENTRE LAS POBLACIONES DE UNA COMUNIDAD

Algunas poblaciones de una comunidad mantienen estrechas relaciones entre sí. Cuando la relación es entre individuos de la misma especie, es una relación intraespecífica. Si es entre especies diferentes, la relación se denomina interespecífica.

RELACIONES INTRAESPECÍFICAS
Pueden ser de antagonismo como la competencia, y de beneficio o cooperación como las asociaciones gregarias, sociales, coloniales y familiares.

1.- RELACIONES INTRAESPECÍFICAS ANTAGÓNICAS
-Competencia
La competencia entre individuos de una misma especie se produce por el territorio, el agua, la luz o los alimentos. Entre los vegetales, la competencia se establece por el agua y por la luz. En una parcela, pocas semillas crecen mejor que muchas semillas en otra parcela de igual dimensión. Un árbol sin competencia se desarrolla mejor que un árbol en un bosque, ya que ese árbol solitario posee mayor cantidad de sol y de agua. En los animales, la competencia se establece por el territorio y por el alimento. Poblaciones con alta densidad de animales compiten por los alimentos. Es así que puede haber canibalismo, aumento de peleas y de agresividad.
Las especies que compiten por el territorio se denominan “especies territoriales”. Por ejemplo, los caninos y felinos marcan el terreno que les pertenece con la orina, mientras que otras especies animales lo hacen con sus excrementos, como los rinocerontes.

2.- RELACIONES INTRAESPECÍFICAS DE COOPERACIÓN
a) Poblaciones gregarias
Los animales que se agrupan para vivir se denominan “especies gregarias”. Estas poblaciones se caracterizan por ser numerosas, temporales y sin parentesco entre sus miembros. La vida gregaria implica que los individuos desarrollen actividades comunes y comportamientos semejantes. Tiene por objetivo la obtención de alimentos y la defensa del grupo. Muchos peces son ejemplo de ello formando el cardumen, donde cada individuo se dispone en forma paralela y cada uno sirve de marca o señal a su vecino. La distancia que separa a cada pez es igual a un largo de cuerpo. Si el cardumen es atacado, los peces se abren en abanico y quedan a las espaldas del atacante, éste se confunde y abandona el lugar. No hay líder en el cardumen.
La vida en grupo mejora la defensa contra depredadores. Además, proporciona notables ventajas para la obtención de los alimentos, asegura la reproducción e incrementa las defensas contra los factores climáticos.

b) Poblaciones sociales
Se establece en aquellos animales que adoptan rígidas relaciones jerárquicas, donde la comunicación entre los individuos es a través de diversos estímulos y donde existe especialización de tareas. Son ejemplos las hormigas, las abejas y las termitas, entre otros. Las abejas habitan en colmenas y en su interior construyen panales de cera. En una colmena puede haber una población de millares de abejas. Hay una sola reina y algunos centenares de zánganos, mientras que el resto son obreras. Los zánganos son machos que solo sirven para fecundar a la reina. En un determinado momento, la reina sale disparada de la colmena, y detrás van inmediatamente todos los zánganos. El más fuerte, o el que llega antes a la reina, la fecunda. Después de fecundada, la reina mata al zángano padre. La abeja reina vive por varios años.
Las abejas obreras son hembras estériles, cuya función es hacer todo el trabajo de la colmena y fabricar la cera para los panales. Además tienen la importante misión de recolectar el néctar de las flores y de llevar el polen de flor en flor, haciendo que se fecunden y así puedan producirse frutos y semillas en el futuro. Las obreras viven alrededor de 45 días.

c) Poblaciones coloniales
Esta relación intraespecífica llega al extremo en que los individuos se asocian entre sí formando colonias de forma inseparable, como los corales y las medusas. Estos seres están unidos físicamente formando un organismo común. La descendencia se une íntimamente a los progenitores y se asocian para asegurarse la sobrevivencia. Puede existir una división del trabajo o bien una unión defensiva.

d) Poblaciones familiares
Son aquellas donde determinadas especies se unen para reproducirse y para el cuidado de los descendientes. A diferencia de las poblaciones gregarias, en las asociaciones familiares hay lazos de parentesco entre los individuos.
Las relaciones familiares pueden ser parentales polígamas, donde hay un macho con muchas hembras y sus crías (leones, búfalos, cebras), parentales monógamas como en muchas aves donde un macho permanece al lado de una hembra y matriarcales, donde es la hembra la que ejerce el liderazgo, tal como sucede con las suricatas.
Cabe señalar que algunos animales viven en soledad dentro del territorio que han marcado, por ejemplo las arañas, los grillos y ciertas aves. Entre los mamíferos se observa vida solitaria en el rinoceronte, en el tigre y en los hámsters. En épocas reproductivas, estas especies se juntan con las hembras con el fin de procrear.

Síntesis de las relaciones intraespecíficas

RELACIONES INTERESPECÍFICAS
Son las relaciones que se establecen entre individuos de especies diferentes. Las relaciones interespecíficas pueden tener efectos positivos (hay beneficio de una o ambas especies), efectos negativos (una de las especies se ve perjudicada) o efecto neutro (no hay beneficio ni perjuicio).

1.- RELACIONES INTERESPECÍFICAS NEUTRAS
-Neutralismo
Ocurre cuando dos especies que conviven en un mismo lugar no se afectan ni se benefician entre sí. Son ejemplos de neutralismo la relación entre guanacos y ñandúes, entre cebras y jirafas y entre los hongos que crecen en un bosque y los árboles que comparten el mismo sustrato.

2.- RELACIONES INTERESPECÍFICAS NEGATIVAS
a) Competencia
Se produce entre especies diferentes que tienen necesidades parecidas y que coexisten en el mismo lugar. En general, los organismos que compiten ocupan el mismo nicho ecológico, es decir, ocupan el mismo lugar en la cadena alimentaria y utilizan el mismo alimento. Solo se genera competencia entre ellos si el recurso que aprovechan es limitado, es decir, si se renueva lentamente o se agota. La luz, el agua, los alimentos o los sitios donde anidan o descansan los individuos son algunos de los recursos que podrían generar competencia entre ellos. Aquella especie que sea más eficiente en utilizar los recursos eliminará a la otra. No obstante, algunas especies parecidas logran coexistir en la comunidad reduciendo al mínimo la competencia entre ellas. Se afirma que en la naturaleza no hay competencia interespecífica de animales y vegetales, ya que uno de esos individuos terminaría desapareciendo.

b) Depredación
Se establece cuando un animal (depredador) mata a otro (presa) para alimentarse. Casi siempre el primero es de mayor tamaño que la presa (gato y ratón, araña y mosca, pez grande y pez chico). En estos ejemplos, la depredación es importante en la alimentación de los carnívoros. Por otra parte, las plantas son objeto de depredación por parte de animales herbívoros como los equinos, ovejas, jirafas y langostas.

c) Parasitismo
Es una relación entre poblaciones donde una de ellas se perjudica y la otra se beneficia. Un parásito es un organismo animal o vegetal que vive a expensas de otro llamado huésped, del cual obtiene alimento y hasta alojamiento. El parasitismo es una relación obligada, ya que el parásito no puede vivir sin su huésped. Hay parásitos que son bacterias, gusanos e insectos que se nutren de organismos animales y vegetales. Hay parásitos que viven dentro del huésped como algunos gusanos y bacterias y otros que se alojan sobre el cuerpo del hospedador como los piojos, las pulgas y las garrapatas.

3.- RELACIONES INTERESPECÍFICAS POSITIVAS
a) Comensalismo
Es la relación entre dos especies diferentes donde una de ellas procura su alimento sin perjudicar a la otra. Un ejemplo es la rémora y el tiburón. La rémora es un pez con una aleta en dorsal que se adhiere a la zona ventral del tiburón. De esa forma se asegura protección y alimentos que escapan de las mandíbulas del tiburón. Este último no se beneficia pero tampoco se perjudica. También hay comensalismo entre:
-Las plantas epífitas que viven adheridas a la corteza de los árboles, como las orquídeas y algunos helechos.
-El pájaro carpintero y los árboles.
-Animales carroñeros y predadores carnívoros.

b) Mutualismo
En esta relación, las especies obtienen provecho de la asociación aunque no es obligada, ya que cada individuo puede subsistir sin la ayuda del otro. Por lo general, es una relación temporal. Un ejemplo de mutualismo se da entre las plantas con flores que son visitadas por algunos insectos como las abejas o por aves como el colibrí. Estos animales aprovechan el néctar de las flores, mientras que las plantas se benefician porque los insectos y las aves transfieren el polen a las estructuras femeninas de otras plantas. Otros ejemplos de mutualismo:
-Ciertas aves que se alimentan de los parásitos que viven sobre el cuerpo de algunos mamíferos como jirafas, rinocerontes y búfalos.
-Cuando el "pájaro de la miel" descubre un panal de abejas, al no poder destruirlo emite un sonido que es captado por el tejón de la miel. Este mamífero se encarga entonces de destrozar el panal para poder alimentarse. Cuando se retira del lugar, el pájaro aprovecha los restos dejados por el tejón.

c) Simbiosis
Es una relación similar al mutualismo porque las dos especies involucradas sacan provecho mutuo, aunque la diferencia radica en que la simbiosis es una relación obligada donde ambas especies dependen mutuamente una de otra para la subsistencia. El ejemplo más notable de simbiosis son los líquenes. Un liquen es la unión entre un tipo de alga y una especie de hongo. Las células del alga son verdes, con lo cual producen alimentos a través de la clorofila. El hongo posee unos filamentos que rodean a las células del alga para alimentarse de ella. Por su parte, el hongo retiene la humedad del ambiente protegiendo al alga de la desecación. Otro ejemplo de simbiosis ocurre en el estómago de los rumiantes como vacunos, ovinos y camellos, donde viven microorganismos que ayudan a digerir la celulosa de los vegetales que comen. A su vez, estos microorganismos se benefician con productos de la digestión de los rumiantes. Las bacterias del género Rhizobium viven en las raíces de las plantas leguminosas aportando nitrógeno para que esos vegetales puedan sintetizar proteínas, clorofila y ácidos nucleicos. A cambio, las leguminosas le aportan a las bacterias sustancias ricas en energía .

Síntesis de las relaciones interespecíficas

ESTRUCTURA Y COMPOSICION DE LA MATERIA

MATERIA
La materia es todo lo que ocupa un lugar en el Universo. La materia es todo aquello que se forma a partir de átomos o moléculas, y con la propiedad de encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso. Son algunos ejemplos las piedras, la madera, los huesos, el plástico, el aire y el agua. Al observar un determinado paisaje, pueden verse árboles, un río, un caballo pastando, pájaros, flores, etc. Todas esas cosas forman parte de la naturaleza y se pueden ver y tocar. Esa característica común (visible y palpable) que tienen todos los objetos se denomina materia. Es decir, la materia es lo que forma las cosas que tocamos y vemos.
La materia tiene volumen porque ocupa un lugar en el espacio. Además tiene masa, que es la cantidad de materia que posee un objeto y que se puede medir con una balanza. La materia, a diferencia de los objetos o cuerpos, no está limitada por la forma ni por el tamaño. A su vez, los objetos o cuerpos (por ejemplo una caja) pueden estar construidos por diferentes materiales (cartón, metal, madera, plástico). Además, un mismo objeto puede estar formado por uno o varios materiales (caja de madera con tapa de plástico y cerradura de metal). También, diferentes objetos pueden estar fabricados con el mismo tipo de material (balde, pelota y botella de plástico).
En el universo, la materia suele encontrarse en tres estados diferentes de agregación: sólido (hierro, madera), líquido (agua de mar) y gaseoso (aire atmosférico). En estos tres estados de agregación se observan las siguientes características:
1) La materia está formada por pequeñas partículas.
2) Esas partículas están en constante movimiento (en los gases más que en los líquidos y sólidos).
3) Hay fuerzas de atracción entre las partículas que forman la materia (en los sólidos más que en líquidos y gases).
Esas partículas, que son pequeñísimas y que forman parte de la materia se denominan átomos.

ÁTOMO
Un átomo es la menor cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Un átomo es tan pequeño que una sola gota de agua contiene más de mil trillones de átomos. Los átomos están formados por un núcleo que contiene dos tipos de partículas: los protones (tienen carga eléctrica positiva) y los neutrones (sin carga eléctrica). Ambas partículas tienen una masa similar. Alrededor del núcleo se encuentran los electrones, que tienen carga eléctrica negativa y una masa muchísimo más pequeña que la correspondiente a los protones y neutrones. El átomo es eléctricamente neutro, ya que tiene tantos electrones como protones hay dentro del núcleo. Los electrones giran alrededor del núcleo en zonas llamadas orbitales, que se agrupan en niveles de energía. Los electrones que giran más cercanos al núcleo del átomo tienen menor energía que aquellos que lo hacen alejados del núcleo. Los electrones van llenando los orbitales desde la zona más cercana al núcleo hacia la más alejada. De esa forma, el último nivel que contenga electrones puede estar completo o incompleto.
Cuando el último nivel orbital está incompleto, el átomo es inestable y tiende a completarlo para ganar estabilidad. Para ello puede dar, recibir o compartir electrones con otros átomos. Es así como se forman agrupaciones de dos o más átomos. Un átomo puede prestarle a otro átomo uno o varios electrones. De esa forma ambos adquieren carga eléctrica. El átomo que gana electrones (queda cargado negativamente) se denomina anión. El átomo que pierde electrones (queda cargado positivamente) se llama catión. Tanto el anión como el catión reciben el nombre de "iones". Es decir, un ion es un átomo cargado eléctricamente, sea en forma positiva o negativa.

Esquema de un átomo

John Dalton propuso la denominada “Teoría Atómica” en el año 1808, donde se postula:
1- La materia está formada por partículas indivisibles y pequeñas llamadas átomos.
2- Un elemento químico es un tipo de materia formada por una sola clase de átomos.
3- Cuando los átomos de dos o más elementos se combinan forman compuestos en una razón fija de números enteros.
4- Durante una reacción química, ningún átomo desaparece o se transforma en átomos de otro elemento.
La teoría atómica dio lugar a tres leyes de la materia.
-Ley de la conservación de la masa: durante los cambios químicos no se producen modificaciones apreciables en la masa.
-Ley de la composición constante: un compuesto contiene siempre los mismos elementos y en igual razón por peso, independientemente de su origen.
-Ley de las proporciones múltiples: cuando dos elementos forman dos compuestos distintos, la relación de masa de los elementos en un compuesto está asociada a la relación de masa en el otro compuesto a través de un número sencillo y entero.

MOLÉCULA
Es la menor porción de una sustancia que puede existir en estado libre y conservar las propiedades de dicha sustancia. Por ejemplo, la menor porción de agua que puede existir en estado libre y conservar las propiedades del agua es la formada por 1 átomo de oxígeno y 2 de hidrógeno. La molécula es una estructura formada a partir de la unión de dos o más átomos que comparten electrones. A temperatura ambiente hay moléculas sólidas (cloruro de sodio o sal común), líquidas (agua) y gaseosas (dióxido de carbono). En síntesis, la materia está formada por partes muy pequeñas llamadas átomos. Los átomos se reúnen para constituir moléculas. A su vez, las moléculas se unen para formar sustancias. El suelo, el aire y el agua no tienen vida. Pertenecen al mundo mineral o inorgánico. La materia que forma el agua, suelo y aire se llama materia inorgánica. El árbol, el caballo y el humano, entre otros, pertenecen al mundo de los seres vivos. La materia que los forma se llama materia orgánica. Los compuestos o sustancias orgánicas son aquellos que comprenden a los hidrocarburos y sus derivados. Los hidrocarburos son elementos formados por átomos de carbono y de hidrógeno. Las sustancias inorgánicas comprenden a los restantes compuestos químicos que, en general, se encuentran en la naturaleza como minerales.

Molécula de agua

Molécula de oxígeno

PROPIEDADES DE LA MATERIA


ESTADOS DE LA MATERIA

El estado en que se encuentra la materia (sólido, líquido y gaseoso) depende de la energía que poseen las partículas (átomos, moléculas y iones) que constituyen la materia, y de las fuerzas de atracción que existen entre ellas. Además, también depende de las condiciones de temperatura y presión a las que están sometidas esas partículas.
Estado sólido
Las partículas que forman los sólidos se atraen fuertemente, están cerca unas de otras y dispuestas de manera ordenada, lo que le dan la característica de ser estructuras rígidas. Tienen poco espacio para moverse, ya que solo pueden hacerlo vibrando en posiciones fijas. Esta particularidad les da la característica de tener forma y volumen constantes.

Estado líquido
Las partículas que forman los líquidos se atraen parcialmente y tienen más libertad para moverse que en los sólidos, pero no llegan a separarse de las demás, por lo que conservan su volumen. Esas partículas disponen de más espacio y pueden deslizarse unas sobre otras con facilidad. Esto explica por qué los líquidos tienen forma variable, adoptando la del recipiente que los contiene. Una característica de los líquidos es la fluidez, ya que pueden trasladarse hacia otros lugares y atravesar orificios muy pequeños. Otra propiedad es la viscosidad, debido a que poseen cierta dificultad para desplazarse a raíz del rozamiento de sus partículas.

Estado gaseoso
En los gases prácticamente no existen fuerzas de atracción que mantengan unidas las partículas que los forman. Es por eso que sus partículas están muy separadas entre sí y existe más espacio vacío que en los líquidos o en los sólidos. Ello permite que se muevan con mayor facilidad, al azar y con bastante rapidez. Así se explica que los gases tengan una forma y un volumen variables y sean expansibles, es decir, ocupen todo el espacio disponible.

Cambios de estado de la materia

CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA
La materia se clasifica en sustancias puras y mezclas. Las sustancias puras, que a su vez pueden ser simples y compuestas, se caracterizan por tener composiciones fijas y responder a propiedades constantes. Las sustancias compuestas pueden separarse mediante procedimientos químicos.
Las mezclas están formadas por dos o más sustancias puras y se dividen en homogéneas y heterogéneas. Los componentes de una mezcla se pueden separar utilizando procesos físicos.

SUSTANCIAS PURAS
Una sustancia es cualquier variedad de la materia de aspecto homogéneo que comparte determinadas propiedades, como el color, la densidad, la temperatura de ebullición y la temperatura de fusión, entre otras. Esto hace que cada sustancia pueda distinguirse de otra sustancia.
Las sustancias simples están formadas por átomos de un solo elemento que no pueden fragmentarse en elementos más simples utilizando métodos físicos o químicos comunes. Son sustancias simples los elementos que figuran en la tabla periódica de los elementos, como el oxígeno, el carbono, el nitrógeno, el azufre, etc.
Las sustancias compuestas son aquellas sustancias puras que contienen dos o más elementos fijos, con lo cual siempre tienen los mismos elementos en su composición. Las sustancias compuestas se representan por medio de fórmulas químicas. La molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El dióxido de carbono posee dos átomos de oxígeno y uno de carbono. Además del agua y del dióxido de carbono, son ejemplos de sustancias compuestas el metano, el cloruro de sodio, la glucosa, la urea, el amoníaco y el alcohol etílico.
Para separar los elementos de una sustancia compuesta se puede recurrir a procesos químicos. Por ejemplo, sometiendo a elevadas temperaturas al dióxido de mercurio es posible obtener los elementos constituyentes de dicha sustancia. Otra forma de separación es la electrólisis, que consiste en someter a un determinado compuesto a una corriente eléctrica. La electrólisis del agua separa sus elementos constituyentes, obteniéndose los gases hidrógeno y oxígeno. La utilización de procesos químicos de separación produce destrucción de las sustancias componentes.

MEZCLAS
Son materiales que se forman al combinar dos o más sustancias puras, sin que ello ocasione cambios químicos en esas sustancias. Por medio de métodos físicos, las mezclas pueden separarse de sus componentes sin producir alteración en los mismos. Existen dos tipos de mezclas, las homogéneas y las heterogéneas.
Las mezclas homogéneas son soluciones, formadas por un solvente generalmente en mayor proporción y uno o más solutos en cantidades menores. Tienen la misma composición en toda la muestra por lo que son uniformes, con lo cual presentan una sola fase. Sus partículas, que no pueden distinguirse a simple vista ni aún bajo el microscopio, se mueven al azar y de manera constante. Tienen un tamaño entre 0,1 y 10 nanómetros (1 nm = 1 x 10 -7 milímetros) y se encuentran dispersadas como moléculas, átomos o iones.
Las mezclas homogéneas son transparentes y sus componentes no se separan durante el reposo. La soda es una solución formada por un solvente, el agua, y un soluto, el dióxido de carbono. Otros ejemplos de soluciones, o mezclas homogéneas, son el agua de mar, el aire, el agua azucarada, las bebidas gaseosas, el vinagre y la lavandina.
La evaporación y la destilación son métodos para separar los componentes de una mezcla homogénea. Cuando la solución está formada por un líquido y un sólido se emplea la evaporación. Una solución salina puede separarse evaporando el líquido, que se recupera condensando el vapor. El sólido, en este caso la sal, queda depositado en el fondo del recipiente. Si la mezcla homogénea está formada por dos líquidos se utiliza la destilación, en la medida que ambos componentes tengan diferente punto de ebullición. La sustancia más volátil se desprenderá primero de la mezcla, que se recupera por condensación. Mediante la destilación se puede separar el alcohol que forma parte del vino.

Las mezclas heterogéneas son aquellas donde sus componentes pueden distinguirse a simple vista o con el microscopio, con lo cual no son uniformes. Por ejemplo la arena en agua, o piedras con carbón son mezclas heterogéneas groseras que se aprecian fácilmente y varían de un punto a otro. Además, dentro de las mezclas heterogéneas se distinguen las suspensiones y los coloides. Las suspensiones son mezclas heterogéneas formadas por una fase dispersa, es decir, un soluto sólido insoluble y una fase dispersante, representada por un líquido. Las partículas de la fase dispersa son mayores a 100 nanometros de tamaño, pueden observarse a simple vista y sedimentan cuando la suspensión está en reposo. Las suspensiones tienen aspecto opaco como el aceite en agua, los jugos de frutas, la arcilla en agua y las pinturas al agua.
Los coloides son mezclas heterogéneas cuyas partículas, entre 10 y 100 nanómetros, son más pequeñas que las correspondientes a las suspensiones, pero más grandes que las moléculas que forman las soluciones. Un coloide es un sistema formado por una fase continua, en general líquida, y otra fase dispersa a modo de partículas, normalmente sólidas. Sus partículas no se separan si están en reposo y poseen una opacidad menor que las suspensiones. Los coloides también tienen una fase dispersa representada por partículas del tamaño antes indicado que se distribuyen en una fase dispersante, similar al solvente de las soluciones. Son mezclas heterogéneas coloidales la sangre, la leche, el flan, las gelatinas, el vino, la cerveza, la tinta china, las pinturas, la mayonesa, la clara de huevo, el humo y la neblina.

Son varios los métodos de separación de las mezclas homogéneas, sobresaliendo las siguientes.
-Tamización: procedimiento donde las partículas sólidas se pueden separar a raíz de su diferente tamaño. Se utilizan coladores con orificios de distintas dimensiones. Por este método, por ejemplo, se pueden separar pequeñas rocas mezcladas con arena gruesa y con sal.
-Imantación: cuando uno de los componentes de la mezcla es atraído por los imanes, no así la otra, por ejemplo partículas de hierro mezcladas con arena.
-Decantación: se utiliza en mezclas heterogéneas de dos líquidos o de un sólido en un líquido. Este método físico se basa en las diferentes densidades de los componentes. La mezcla se deja reposar hasta que descienda uno de los constituyentes y pueda extraerse. Las suspensiones se separan por decantación, tal los casos del agua en aceite o el agua con tierra.
-Filtración: este método permite separar un sólido de un líquido, haciendo pasar la mezcla por un filtro de papel donde queda retenido el sólido.
-Centrifugación: procedimiento donde se separan materiales de distinta densidad mediante rotación sobre un eje fijo a velocidad rápida y constante. Los componentes más densos se ubican en el fondo del recipiente o tubo de la centrífuga.

TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA

TRANSFORMACIONES FÍSICAS
Son aquellas en donde las sustancias que intervienen no presentan cambios, siendo el peso inicial de la materia idéntica al peso final. Por ejemplo, la construcción de una mesa de madera a partir del tronco de un árbol o la rotura de un vidrio en varios fragmentos tras un golpe o caída. En efecto, tanto la madera como el vidrio conservan la misma estructura molecular a pesar de haber sido transformadas.

SOLUCIONES
Son transformaciones físicas en donde una sustancia (soluto) es disuelta en otra (disolvente). Si a un recipiente con agua se le agrega una cucharada de sal común, las moléculas de cloruro de sodio se dispersan mezclándose con las moléculas del agua. El producto obtenido es una solución salina, donde la sal es el soluto y el agua el solvente. Por lo tanto:

solvente + soluto = solución

Los solutos pueden ser sólidos como la sal, líquidos como el alcohol o gaseosos como el dióxido de carbono (soda, bebidas gaseosas).

DESTILACIÓN
Es una transformación física que consiste en separar, dentro de una solución, el soluto del solvente. En el ejemplo anterior, si se calienta la solución salina hasta llegar al punto de ebullición, se produce vapor de agua. Mediante un dispositivo como el de la figura, se hace pasar el vapor por una corriente de agua fría para que se transforme en un líquido que puede ser recuperado en otro recipiente. Ese líquido es el agua (solvente) que formaba parte de la solución salina. En el primer recipiente queda solamente el soluto (cloruro de sodio o sal común).
Debe notarse que en un cambio o transformación física, los materiales que interactúan entre sí continúan siendo los mismos, por lo que no hay producción de elementos diferentes. Tan solo varían sus formas, sus proporciones o los estados de agregación de la materia. Son ejemplos de transformaciones físicas las soluciones y la destilación, la elasticidad, la condensación, la caída libre, la fusión y la trituración, entre otros.


TRANSFORMACIONES QUÍMICAS
Son aquellas en que las sustancias que intervienen presentan cambios en su constitución. Las transformaciones o cambios químicos se denominan reacciones químicas, donde por una redistribución de los átomos, una o varias sustancias (reactivos) se transforman en otra sustancias (producto de la reacción).
En el año 1875, Lavoisier enunció la llamada “ley de conservación de la masa”, que dice: “En todos los fenómenos químicos, permanece constante la masa total de las sustancias que intervienen”. No obstante, la ley no se cumple en aquellos procesos en donde se libera una gran cantidad de energía, ya que ese alto valor energético es debido a una pérdida determinada de masa.

COMBUSTIÓN
Es una transformación química en la cual un combustible (gasolina, gas, carbón, alcohol, madera) se combina con el oxígeno. La combustión es una reacción de tipo exotérmica donde se forma una llama que desprende calor al quemar, y luz al arder. La combustión se produce con la sola presencia de oxígeno o con sustancias que lo contengan, como el aire atmosférico. Tras la combustión se originan sustancias gaseosas, entre ellas dióxido de carbono, vapor de agua, monóxido de carbono, nitrógeno y carbono en forma de hollín.
El carbón común se compone por una gran cantidad de moléculas de carbono. En presencia de una elevada temperatura, estas moléculas de carbono se unen con el oxígeno y producen dióxido de carbono y energía en forma de calor.

El alcohol es otro combustible que produce combustión, en la medida que sus moléculas entren en contacto con el oxígeno en presencia de un aumento suficiente de temperatura. Esta reacción produce como resultado dióxido de carbono, agua y calor. Si se toma al etanol como ejemplo de combustible, la reacción química resultante es:

La formación de agua se debe a la unión de los átomos de hidrógeno presentes en el alcohol y otros hidrocarburos con el oxígeno del aire. La presencia de agua en los caños de escape de los vehículos cuando la gasolina entra en contacto con el oxígeno atmosférico para que funcione el motor, es un claro ejemplo de esta reacción química, donde también se produce dióxido de carbono.
Cuando se utiliza madera como combustible, además de H2O y CO2 se obtiene cenizas como producto final, ya que la madera es un compuesto orgánico compuesto por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, entre otros.

OXIDACIÓN
Es una transformación química donde los átomos de oxígeno se combinan con los átomos de la sustancia o material que se oxida. Por ejemplo, en la oxidación de un clavo de hierro donde se combinan cuatro átomos de hierro con seis átomos de oxígeno (o tres moléculas) del aire atmosférico, se obtienen dos moléculas de óxido de hierro:

La respiración celular es otro claro ejemplo de oxidación, donde la glucosa se combina con el oxígeno del aire para producir agua, dióxido de carbono y energía (ATP).

Hay que notar que los productos obtenidos son los mismos que en la combustión. No obstante, en la respiración celular la energía producida se utiliza para los diversos procesos vitales del organismo, por lo que no se disipa en forma de luz y calor como sucede en la combustión.
La fotosíntesis es otro ejemplo de transformación química, donde los vegetales verdes obtienen compuestos orgánicos a partir del agua y del dióxido de carbono atmosférico, en presencia de luz solar y clorofila.

En síntesis, la diferencia entre los cambios físicos y químicos radica en lo siguiente:
-En las transformaciones físicas prácticamente no se alteran las propiedades de la materia, mientras que en las químicas las alteraciones son significativas.
-Los cambios físicos se mantienen mientras actúen las causas que los originen. Las transformaciones químicas son siempre permanentes.
-Las transformaciones físicas producen una muy pequeña variación de energía. Por el contrario, los cambios químicos generan una importante variación de energía.

LOS CICLOS BIOGEOQUIMICOS

La materia circula desde los organismos vivos hacia el ambiente abiótico, y viceversa. Esa circulación constituye los ciclos biogeoquímicos.

BIO: intervienen los organismos vivos.
GEO: atmósfera (gases y vapor de agua), litosfera (corteza terrestre), hidrosfera (océanos, lagos y ríos).
QUÍMICOS: transformación de la materia y la energía.

El agua, el carbono, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo, el azufre y otros elementos recorren estos ciclos. De esta manera se conectan los componentes bióticos y abióticos de la Tierra.
Las sustancias utilizadas por los organismos vivos no se "pierden", aunque pueden llegar a sitios donde resultan inaccesibles para ellos por un largo período. Sin embargo, casi siempre la materia se reutiliza y a menudo circula varias veces, tanto dentro de los ecosistemas como fuera de ellos.
Nuestro planeta actúa como un sistema cerrado donde la cantidad de materia existente permanece constante. No obstante, esa materia sufre permanentes cambios en su estado químico dando lugar a la producción de compuestos simples y complejos. Así como los vegetales (productores) utilizan compuestos inorgánicos para su nutrición, los animales (consumidores) necesitan componentes más complejos (orgánicos) para satisfacer sus necesidades nutricionales. Es por ello que los ciclos de los elementos químicos gobiernan la vida sobre nuestro planeta, partiendo desde un estado elemental para formar componentes inorgánicos, luego orgánicos y regresar nuevamente a su estado elemental.
En las cadenas alimentarias, los productores utilizan la materia inorgánica como fuente de nutrición y la convierten en orgánica, que será la fuente alimenticia para todos los consumidores. La importancia de los descomponedores radica en la conversión que hacen de la materia orgánica en inorgánica, actuando sobre los restos depositados en la tierra y las aguas. Esos compuestos inorgánicos quedan a disposición de los distintos productores que inician nuevamente el ciclo.
Gracias a los ciclos biogeoquímicos es posible que los elementos principales (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre) estén disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos.


Los ciclos biogeoquímicos pueden ser gaseosos, sedimentarios y mixtos.
-Ciclos gaseosos
Los elementos casi siempre se distribuyen tanto en la atmósfera como en el agua y de ahí a los organismos, y así sucesivamente.
Los elementos que cumplen ciclos gaseosos son el carbono, el oxígeno y el nitrógeno.
La transformación de elementos de un estado a otro es relativamente rápida.
-Ciclos sedimentarios
Son aquellos donde los elementos permanecen formando parte de la tierra, ya sea en las rocas o en el fondo marino, y de ahí a los organismos. En estos, la transformación y recuperación de estos elementos es mucho más lenta. Ejemplos de ciclos sedimentarios son el del fósforo y el del azufre.
-Ciclos mixtos
El ciclo del agua es una combinación de los ciclos gaseoso y sedimentario, ya que esa sustancia permanece tanto en la atmósfera como en la corteza terrestre.
Los ciclos biogeoquímicos más importantes corresponden al agua, oxígeno, carbono y nitrógeno.

EL AGUA
El agua del planeta conforma la hidrosfera, que se distribuye en tres reservorios principales: los océanos, los continentes y la atmósfera. Entre estos reservorios existe una circulación continua. Alrededor del 70% de la superficie de la Tierra está cubierta por las aguas de los océanos, lagos, ríos, arroyos, manantiales y glaciares. Al perforar el subsuelo, por lo general se puede encontrar agua a profundidades diversas (agua subterránea o mantos freáticos). La luz solar es la fuente de energía térmica necesaria para el paso del agua desde las fases líquida y sólida a la fase de vapor, y también es el origen de las circulaciones atmosféricas que transportan el vapor de agua y mueven las nubes.

Ciclo del agua
Los rayos solares calientan las aguas. El vapor sube a la troposfera en forma de gotitas. El agua se evapora y se concentra en las nubes. El viento traslada las nubes desde los océanos hacia los continentes.

Diagrama del ciclo del agua

A medida que se asciende bajan las temperaturas, por lo que el vapor se condensa. Es así que se desencadenan precipitaciones en forma de lluvia y nieve.
El agua se vuelca en los ríos y circula por ellos. Además, el agua se infiltra en la tierra y se incorpora a las aguas subterráneas (mantos freáticos). Por último, el agua de los ríos y del subsuelo desemboca en los mares.

EL CARBONO
Es uno de los elementos más importantes de la naturaleza. Combinado con oxígeno forma dióxido de carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO).
La atmósfera contiene alrededor de 0.03 % de dióxido de carbono. Es el elemento básico de los compuestos orgánicos (hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). El carbono también forma parte de sales llamadas carbonatos, como el carbonato de sodio (Na2CO3) y el carbonato de calcio (CaCO3), entre otras.

Ciclo del carbono
El carbono, como dióxido de carbono, inicia su ciclo de la siguiente manera:
Durante la fotosíntesis, los organismos productores (vegetales terrestres y acuáticos) absorben el dióxido de carbono, ya sea disuelto en el aire o en el agua, para transformarlo en compuestos orgánicos. Los consumidores primarios se alimentan de esos productores utilizando y degradando los elementos de carbono presentes en la materia orgánica. Gran parte de ese carbono es liberado en forma de CO2 por la respiración, mientras que otra parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnívoros (consumidores secundarios), que se alimentan de los herbívoros. Así es como el carbono pasa a los animales colaborando en la formación de materia orgánica.
Los organismos de respiración aeróbica (los que utilizan oxígeno) aprovechan la glucosa durante ese proceso y al degradarla, es decir, cuando es utilizada en su metabolismo, el carbono que la forma se libera para convertirse nuevamente en dióxido de carbono que regresa a la atmósfera o al agua.
Los desechos de las plantas, de los animales y de restos de organismos se descomponen por la acción de hongos y bacterias. Durante este proceso de putrefacción oor parte de los descomponedores, se desprende CO2.

Distribución del carbono en el universo

Diagrama del ciclo del carbono

En niveles profundos de la Tierra, el carbono contribuye a la formación de combustibles fósiles, como el petróleo. Este importante compuesto se ha originado de los restos de organismos que vivieron hace miles de años. Durante las erupciones volcánicas se libera parte del carbono constituyente de las rocas de la corteza terrestre.
Una parte del dióxido de carbono disuelto en las aguas marinas ayuda a determinados organismos a formar estructuras como los caparazones de los caracoles de mar. Al morir, los restos de sus estructuras se depositan en el fondo del mar. Con el paso del tiempo, el carbono se disolverá en el agua y podrá ser utilizado nuevamente durante su ciclo.
Los océanos contienen alrededor del 71% del carbono del planeta en forma de carbonato y bicarbonato. Un 3% adicional se encuentra en la materia orgánica muerta y el fitoplancton. El carbón fósil representa un 22%. Los ecosistemas terrestres, donde los bosques constituyen la principal reserva, contienen alrededor del 3-4% del carbono total, mientras que un pequeño porcentaje se encuentra en la atmósfera circulante y es utilizado en la fotosíntesis.

EL OXÍGENO
La atmósfera posee un 21% de oxígeno, y es la reserva fundamental utilizable por los organismos vivos. También forma parte del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas.

Ciclo del oxígeno
El ciclo del oxígeno está estrechamente vinculado al del carbono, ya que el proceso por el cual el carbono es asimilado por las plantas (fotosíntesis) da lugar a la devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que en el proceso de respiración ocurre el efecto contrario.
Otra parte del ciclo natural del oxígeno con notable interés indirecto para los organismos vivos es su conversión en ozono (O3). Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de oxígeno (O) que reaccionan con otras moléculas de O2, formando ozono. Esta reacción se produce en la estratosfera y es reversible, de forma que el ozono vuelve a convertirse en oxígeno absorbiendo radiaciones ultravioletas.

EL NITRÓGENO
La reserva fundamental es la atmósfera, que está compuesta por un 78% de nitrógeno. No obstante, la mayoría de los organismos vivos no lo puede utilizar en forma directa. En los organismos productores el nitrógeno ingresa en forma de nitratos, y en los consumidores en forma de grupos amino. Existen algunas bacterias especiales que pueden utilizar directamente el nitrógeno atmosférico. Esas bacterias juegan un papel muy importante en el ciclo al hacer la fijación del nitrógeno. De esta forma convierten el nitrógeno en otras formas químicas como amonio y nitratos, para que puedan ser aprovechadas por las plantas. Este proceso se denomina nitrificación.

Ciclo del nitrógeno
Las plantas toman el amonio (NH4+) y el nitrato (NO3–) por las raíces para poder utilizarlos en su metabolismo. Usan esos átomos de nitrógeno para la síntesis de las proteínas y de los ácidos nucleicos. Los consumidores obtienen el nitrógeno al comer plantas o animales.
En los animales, el metabolismo de los compuestos nitrogenados da lugar a la formación de amonio, que es muy tóxico, siendo eliminado por la orina como: urea (humanos y otros mamíferos), amoníaco (algunos peces y organismos acuáticos) y ácido úrico (aves e insectos). Estos compuestos van a la tierra o al agua, donde pueden ser captados nuevamente por plantas o bacterias. Algunas bacterias convierten el amoníaco y amonio en nitrito (NO2–), proceso llamado nitrosación. Otras transforman a este nitrito en nitrato, mediante la nitratación.

Un tercer tipo de bacterias producen desnitrificación, es decir, convierten a los compuestos nitrogenados en nitrógeno. De esa forma, el nitrógeno es devuelto a la atmósfera. Como se mencionó antes, la nitrificación es el proceso donde ciertas bacterias transforman el nitrógeno del aire en nitratos y amonio.

Diagrama del ciclo del nitrógeno

NITRIFICACIÓN: transformación bacteriana del NITRÓGENO atmosférico en NITRATOS.
DESNITRIFICACIÓN: transformación bacteriana de NITRATOS en NITRÓGENO.
NITROSACIÓN: conversión bacteriana de AMONIO en NITRITOS.
NITRATACIÓN: conversión bacteriana de NITRITOS en NITRATOS.
AMONIFICACIÓN: cuando los descomponedores transforman el NITRÓGENO (desechos orgánicos) en AMONIO.

EL FOSFORO
La proporción de fósforo en la materia viva es bastante pequeña, pero el papel que desempeña es vital. Es componente de los ácidos nucleicos como el ADN. Se encuentra presente en los huesos y piezas dentarias.
En la fotosíntesis y en la respiración celular, muchas sustancias intermedias están combinadas con el fósforo, tal el caso del trifosfato de adenosina (ATP) que almacena energía.
El fósforo es el principal factor limitante del crecimiento para los ecosistemas, porque su ciclo está muy relacionado con su movimiento entre los continentes y los océanos.
La mayor reserva de fósforo está en la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas. El fósforo se encuentra en forma de fosfatos (sales) de calcio, hierro, aluminio y manganeso.

Ciclo del fósforo
La lluvia disuelve los fosfatos presentes en los suelos y los pone a disposición de los vegetales. El lavado de los suelos y el arrastre de los organismos vivos fertilizan los océanos y mares. Parte del fósforo incorporado a los peces es extraído por aves acuáticas que lo llevan a la tierra por medio de la defecación (guano). Otra parte del fósforo contenido en organismos acuáticos va al fondo de las rocas marinas cuando éstos mueren. Las bacterias fosfatizantes que están en los suelos transforman el fósforo presente en cadáveres y excrementos en fosfatos disueltos, que son absorbidos por las raíces de los vegetales.

Diagrama del ciclo del fósforo

EL AZUFRE
El azufre está presente dentro de todos los organismos en pequeñas cantidades, principalmente en los aminoácidos (sustancias que dan lugar a la formación de proteínas). Es esencial para que tanto vegetales como animales puedan realizar diversas funciones. Las mayores reservas de azufre están en el agua del mar y en rocas sedimentarias. Desde el mar pasa a la atmósfera por los vientos y el oleaje.

Ciclo del azufre
Gran parte del azufre que llega a la atmósfera proviene de las erupciones volcánicas, de las industrias, vehículos, etc. Una vez en la atmósfera, llega a la tierra con las lluvias en forma de sulfatos y sulfitos. Su combinación con vapor de agua produce el ácido sulfúrico. Cuando el azufre llega al suelo, los vegetales lo incorporan a través de las raíces en forma de sulfatos solubles. Parte del azufre presente en los organismos vivos queda en los suelos cuando éstos mueren. La descomposición de la materia orgánica produce ácido sulfhídrico, de mal olor, devolviendo azufre a la atmósfera.

Diagrama del ciclo del azufre

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TEXTO DE LOS CICLOS BIOGEOQUIMICOS

-Ciclo del agua

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-Ciclo del carbono

-Ciclo del nitrógeno

-Ciclos del carbono, nitrógeno, azufre y fósforo

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CADENAS ALIMENTARIAS

La vida necesita un continuo aporte de energía. Esta energía proviene del sol, que llega al planeta y pasa de un organismo a otro a través de las cadenas alimentarias. Si se observa a los organismos vivos que habitan un ecosistema se puede comprobar que algunos de ellos, como las plantas verdes, pueden subsistir sin la necesitad de otros organismos. Gracias a que estos vegetales tienen clorofila, realizan una reacción química en presencia del sol (la fotosíntesis) para elaborar sus propias sustancias alimenticias. Es por ello que a los vegetales se los llama autótrofos. En el caso de los animales, al carecer de clorofila, algunos necesitan de los vegetales para alimentarse (herbívoros), otros utilizan a los propios animales (carnívoros) y un tercer grupo se alimenta de vegetales y animales (omnívoros). Como los animales no pueden fabricar sus propios alimentos se los llama heterótrofos.

CADENA ALIMENTARIA
Una cadena alimentaria es una serie de organismos vivos relacionados de tal manera que uno consume al que le precede en la cadena, y a su vez, puede ser comido por el que le sigue. La siguiente es una cadena alimentaria terrestre de cuatro eslabones:

PLANTA --> HORMIGA NEGRA --> RANA --> CULEBRA

Las flechas de las cadenas alimentarias van siempre de la presa al consumidor. Al comienzo de toda cadena alimentaria siempre se encuentran los organismos vegetales, denominados productores. Le siguen los consumidores, que pueden ser primarios o de primer orden, secundarios o de segundo orden, etc. de acuerdo al lugar que ocupen dentro de la cadena.

PLANTA (Productor) --> HORMIGA (consumidor 1º) --> RANA (consumidor 2º) --> CULEBRA (consumidor 3º)

PRODUCTORES
Son organismos con capacidad de transformar las sustancias inorgánicas en orgánicas, razón por la cual son el primer eslabón de la cadena alimentaria. Los productores están representados por los vegetales y por las algas fotosintetizadoras, que poseen la facultad de transformar la energía lumínica proveniente de los rayos solares en energía química. Posteriormente, esa energía será acumulada en compuestos orgánicos que le permitirán crecer y cumplir con sus funciones vitales. Todos los animales de la comunidad dependen directa o indirectamente de los productores (autótrofos), lo que demuestra que sin las plantas verdes es imposible la vida en nuestro planeta.

CONSUMIDORES
La alimentaciónde los consumidores es a partir de los productores o bien de otros consumidores. Dentro de este grupo existe una gran cantidad de especies, desde el pequeño zooplancton hasta los grandes predadores. Es fácil observar que los consumidores (heterótrofos) dependen directa o indirectamente de los productores. Los animales que consumen organismos vegetales (vaca, caballo, langosta, jirafa) son consumidores primarios (o de primer orden). Los animales que se alimentan de consumidores primarios (zorro, sapo, tigre, águila) son consumidores secundarios (o de segundo orden). Cada organismo vivo constituye un eslabón de la cadena. Por lo general, cada cadena tiene de dos a cinco o seis eslabones, siendo raro que posea un número mayor de eslabones.

Hojas --> jirafa (dos eslabones)

Pastura --> grillo --> sapo (tres eslabones)

Cadena de seis eslabones

DESCOMPONEDORES Y DETRITIVOROS
Los organismos descomponedores están representados por los hongos y las bacterias, mientras que los detritívoros, que son organismos que se alimentan de detritos, es decir, de materia muerta proveniente de la descomposición, son los protozoarios, milpiés, caracoles, pequeños gusanos, lombrices de tierra, etc. Los protozoarios son microorganismos unicelulares eucariotas, como el paramecio, los tripanosomas y las amebas, entre otros. Los descomponedores y detritívoros son los encargados de desintegrar parte de los cuerpos muertos de vegetales y animales. Además, otra fuente de alimentación de estos organismos son los excrementos de los animales, el pelo y la lana que pierden los mamíferos, las hojas y frutos de los árboles que caen al suelo, etc. Si bien en una comunidad hay numerosas especies, no es común ver cadáveres de animales y restos de plantas que perduren en los ecosistemas. Las hojas que caen de los árboles desaparecen casi completamente en el transcurso de un año. En el suelo hay animales que comen cadáveres (carroña) y otros que se alimentan de restos vegetales, como la lombriz de tierra y algunos insectos. Las bacterias y los hongos son los principales organismos vivos que se encargan de transformar la materia orgánica de los organismos muertos en sustancias inorgánicas o minerales, que quedan en el suelo a disposición de las plantas verdes para volver a ser utilizadas. Por lo tanto, son los descomponedores los que realizan la transformación de la sustancia orgánica en inorgánica, y con ello la producción de elementos nutritivos para los vegetales. Por lo menos el 80% del material que se desprende de las plantas en un bosque es desintegrado por los descomponedores. Cualquiera de los eslabones de una cadena alimentaria se transforma, al morir, en sustancias inorgánicas por acción de los descomponedores. De ahí la gran importancia que tienen estos microorganismos en el ecosistema.
Resumiendo, la descomposición de los desechos produce liberación de energía y transformación de sustancias orgánicas en inorgánicas, al desintegrarse en forma gradual la materia orgánica muerta. Es así como los descomponedores hacen posible que los productores puedan captar la sustancias inorgánicas para su beneficio.
La interacción de los organismos vivos puede graficarse de la siguiente manera:


REDES TROFICAS
Desde luego, el mundo real es mucho más complicado que una simple cadena alimenticia. Aún cuando muchos organismos tienen dietas muy especializadas como los osos hormigueros, en la mayoría de los casos no sucede así. Las culebras no limitan sus dietas a ranas, las ranas y sapos comen otras cosas aparte de hormigas negras, etc. Cada ser vivo se alimenta de diferentes tipos de presas y, a su vez, es presa de distintos depredadores. Además, algunos organismos (ratones, aves) incluyen en sus dietas tanto vegetales como animales. Esto determina que en un ecosistema se formen redes tróficas (redes alimentarias) que incluyen muchas cadenas alimentarias y una gran cantidad de especies productoras, consumidores y descomponedores. La única manera de desenredar las cadenas es siguiendo el curso de una cadena hacia atrás hasta llegar a la fuente (productores). En resumen, el conjunto de cadenas alimentarias que tiene eslabones comunes da lugar a una red trófica. En el siguiente esquema puede observarse una red trófica terrestre.


Aún cuando este tipo de cadenas es importante, en la naturaleza son más comunes las cadenas alimenticias con base en los detritos en las cuales se encuentran descomponedores en la base.

Red trófica de un bosque del hemisferio norte

COMUNIDADES ACUATICAS
El ambiente marino ocupa el 70% del planeta. El océano ofrece a sus habitantes (vegetales y animales) un ambiente casi constante, es decir, poco cambiante, sobre todo en lo que se refiere a temperatura y salinidad. Los organismos vivos del mar pueden vivir nadando activamente, apoyados en el fondo de las aguas costeras o profundas, o bien dejándose llevar por las corrientes de agua en donde viven a distinta profundidad. Es así que nadar por sus propios medios, estar apoyado en el fondo o dejarse arrastrar por las aguas constituyen “modos de vida” que han recibido el nombre de necton, bentos y plancton, respectivamente.

NECTON
Es el conjunto de animales nadadores de aguas superficiales y profundas, capaces de resistir los movimientos del agua y nadar en una dirección determinada (pejerrey, tiburón, ballenas).

BENTOS
Es el conjunto de animales y vegetales que viven en el fondo de las aguas, apoyados sobre un sustrato sólido. Como ejemplo de vegetales están las algas verdes, rojas, lechuga de mar, etc. Dentro de los animales las almejas, los cangrejos y los mejillones.

PLANCTON
Es el conjunto de animales y vegetales de tamaño microscópico que flotan o viven en suspensión en las aguas próximas a la superficie. Casi siempre el plancton se mueve en forma pasiva arrastrado por el agua. Cuando el plancton es de origen vegetal se llama fitoplancton. Si es de origen animal se denomina zooplancton.

CADENAS ALIMENTARIAS EN COMUNIDADES ACUATICAS
El plancton marino está constituido por vegetales y animales muy pequeños. Las algas marinas microscópicas (fitoplancton) son los principales productores. Los microscópicos animales (zooplancton) representan a los consumidores primarios o de primer orden. A su vez, éstos constituyen el alimento de los pequeños peces y crustáceos, considerados consumidores secundarios, que a su vez servirán de alimento a pereces de mayor tamaño, a aves y a mamíferos acuáticos, que en la cadena alimentaria ocupan el lugar de los consumidores terciarios. Al comienzo de todas las cadenas alimentarias marinas están las algas verdes como productores, que equivalen a las plantas verdes de las comunidades terrestres. Ejemplos de cadenas alimentarias marinas.

Fitoplancton --> ballena (dos eslabones)

Fitoplancton --> zooplancton --> pingüino (tres eslabones)

Fitoplancton --> zooplancton --> anchoa --> humano (cuatro eslabones)

Red trófica acuática

AUTOEVALUACION Nº 1

AUTOEVALUACION Nº 2

PIRAMIDES TROFICAS

Se entiende por biomasa a la cantidad de materia viva que se encuentra en un ecosistema, en un momento dado. Es la materia seca total de organismos vivos presentes en un lugar determinado, ya sea en la superficie de los suelos o de las aguas.

PIRÁMIDE DE BIOMASA
También llamada “pirámide trófica” y “pirámide alimentaria”, es la representación gráfica por medio de rectángulos encimados de toda la biomasa de una red alimentaria. La base de la pirámide está ocupada por los productores, es decir, por las plantas en ecosistemas terrestres y por el fitoplancton (algas microscópicas) y algas macroscópicas en medios acuáticos. En el segundo escalón superior están los consumidores primarios, o sea animales herbívoros como vacas, ovejas, orugas, llamas, jirafas, conejos, etc. El tercer nivel lo ocupan los consumidores secundarios y así sucesivamente, hasta llegar al escalón más alto donde se ubican los carroñeros y grandes predadores, como el cóndor y el humano, entre otros.


Una pirámide trófica tendrá tantos escalones o rectángulos como niveles tróficos (eslabones) tenga una cadena alimentaria determinada. Brinda información sobre la transferencia de biomasa de una comunidad hasta llegar al último escalón trófico. Gracias a las pirámides tróficas se ha podido afirmar que el ciclo de la energía es abierto, ya que los ecosistemas están atravesados por un flujo de energía que se distribuye en varias direcciones. Lo contrario ocurre con el ciclo de la materia, que es cerrado. La pirámide de biomasa considera la cantidad de materia viva en cada nivel trófico. A medida que cada nivel se aleja de la base disminuye la biomasa o materia viva. Es decir, el peso total de los productores es mayor que el de los consumidores primarios (herbívoros), y el de éstos mayor que el correspondiente a los consumidores secundarios. Por último, el peso total de los consumidores secundarios es mayor al que poseen los del siguiente escalón, los carroñeros. Esto sucede porque, para que haya un eficiente equilibrio natural en los ecosistemas, no puede haber más herbívoros que plantas verdes, ni más carnívoros que herbívoros, ya que de lo contrario se destruirían a sí mismos. Además, hay pérdida de energía en forma de calor, no todos los organismos de los escalones inferiores son comidos, ni todo lo comido es totalmente digerido. Las pirámides de biomasa se expresan en peso sobre superficie y por unidad de tiempo, por ejemplo, kilogramos sobre hectáreas en un año.
La biomasa está formada por componentes carbonados y por agua. La energía se acumula en esos compuestos carbonados y, cuando éstos se dividen, la energía se libera formándose moléculas más sencillas como el dióxido de carbono. Mediante la fotosíntesis, los productores toman el dióxido de carbono de la atmósfera para la elaboración de sustancias orgánicas, con lo cual ingresa dicho material a la estructura alimentaria de una comunidad. Los nutrientes formados sirven de alimento a los consumidores primarios. Cuando éstos consumidores herbívoros requieren de energía, vuelven a fragmentar los componentes carbonados. Una parte de la energía obtenida se utiliza para las diversas funciones del consumidor, mientras que otra parte se disipa en forma de calor y no puede ser recuperada por la cadena alimentaria para que la utilicen los organismos vivos.

PIRÁMIDES DE ENERGIA
Expresan la producción neta de energía de cada nivel trófico, o lo que es lo mismo, la energía que queda a disposición de los animales que ocupan el siguiente escalón. Por lo general, se estima que cada nivel trófico obtiene un 10% de la energía presente en el nivel inferior. Es por esa razón que las cadenas alimentarias no suelen ser muy largas, ya que la energía disponible se agota rápidamente, como se muestra en el siguiente esquema.

Las pirámides de energía se expresan en calorías o kilocalorías sobre unidad de superficie (hectárea, metro cuadrado, centímetro cuadrado, etc.) y por unidad de tiempo (meses o años). La caloría es la cantidad de energía necesaria para elevar en 1º C (de 14º a 15º C) un gramo de agua. El mismo concepto cabe para la kilocaloría, pero para un kilogramo de agua. Tanto las pirámides de energía como las de biomasa nunca están invertidas, puesto que un determinado escalón no puede disponer de mayor cantidad de energía o de biomasa que la recibida del escalón anterior.
Una considerable cantidad de energía se pierde en forma de calor al pasar de un eslabón al otro. Como se mencionó más arriba, alrededor de un 10 % de energía presente en un escalón trófico se transfiere al siguiente nivel. O sea, de toda la energía presente en los productores, el 10 % pasa al siguiente nivel, y de la totalidad de energía en este segundo nivel pasa el 10 % al tercer escalón, y así hasta llegar al último peldaño de la pirámide. Por el contrario, el dióxido de carbono sí puede ser reutilizado gracias al proceso de fotosíntesis que realizan los productores. Es así como se recicla la materia en las cadenas alimenticias de los ecosistemas.
Hagamos un repaso de todo lo dicho hasta ahora. Las sustancias orgánicas que forman el cuerpo de los seres vivos almacenan energía química. Al ingerir alimentos, el organismo los transforma. Esa energía almacenada se libera para que el organismo pueda aprovecharla. Cuando en la cadena alimentaria pasa material de un individuo a otro también hay transferencia de energía, aunque solo una pequeña parte de esa energía pasa al otro eslabón de la cadena. Una porción de esa energía la utiliza el propio organismo que la consumió, mientras que otra parte se transforma en calor, se disipa y se pierde, por lo que no va a estar disponible para el siguiente nivel trófico. Dado que al avanzar de nivel en las cadenas alimentarias es menor la energía disponible para los organismos, cuanto menor sea la cantidad de energía para formar sustancias orgánicas, menor va a ser la cantidad de biomasa.
En síntesis, la energía entra en un ecosistema en forma de energía lumínica a través de los rayos solares. Los vegetales la utilizan y la transforman en energía química. Parte de ella es usada por los seres vivos, mientras que otra parte se pierde sin que pueda ser reutilizada.

TRABAJO TRACTICO

METABOLISMO

Es la suma de todas las reacciones físicas y químicas que suceden en el interior de las células que permiten realizar todas las funciones primordiales para la vida, como respirar, moverse, crecer, reproducirse, realizar la digestión y reaccionar ante distintos estímulos. A partir de los procesos metabólicos los individuos intercambian materia y energía con el medio ambiente que los rodea. Desde la etapa fetal hasta el final de la vida, las reacciones metabólicas deben producirse de manera precisa para la normal integración y funcionamiento de todos los sistemas del cuerpo.
Las reacciones fisicoquímicas que suceden durante el metabolismo son catalizadas por sustancias proteínicas denominadas enzimas. Las enzimas actúan regulando la velocidad de las reacciones que se producen dentro de las células. Como cada enzima cataliza una reacción biológica a la vez, existen tantas enzimas como reacciones se lleven a cabo. La sustancia sobre la que actúa la enzima se denomina sustrato. Este sustrato sufre una transformación química reversible y se convierte en uno o más productos diferentes. La enzima no sufre modificación alguna.

Las enzimas actúan modificando las moléculas del sustrato para que sean más reactivas, para que se unan a otros átomos, etc. Por ejemplo, la enzima anhidrasa carbónica cataliza muy rápidamente la conversión de dióxido de carbono en bicarbonato y en hidrogeniones.

En resumen, las enzimas son proteínas que tienen por función activar, controlar y finalizar todas las reacciones metabólicas que suceden en el organismo, regulando su velocidad de acción.
El metabolismo puede dividirse en dos procesos bien diferenciados: anabolismo y catabolismo.

ANABOLISMO
Son las reacciones químicas de la célula cuyo objetivo fundamental es la síntesis (construcción o elaboración) de sustancias complejas a partir de sustancias más simples. El anabolismo se comporta como un metabolismo constructivo o positivo, ya que es fundamental para el mantenimiento de todos los tejidos y para el crecimiento de células nuevas. Por otra parte, se obtiene energía de reserva para ser utilizada cuando sea necesario. Las reacciones anabólicas transforman las moléculas simples y de bajo peso molecular en macromoléculas nutritivas como los hidratos de carbono, los lípidos o grasas, las proteínas y los ácidos nucleicos. Por lo tanto, como el anabolismo cumple una típica fase “biosintética”, requiere de energía que es proporcionada por el adenosin trifosfato (ATP), sustancia de alto contenido energético. Durante el crecimiento de animales y vegetales se realizan importantes procesos anabólicos.

CATABOLISMO
Son los procesos donde las células descomponen o “degradan” las macromoléculas de carbohidratos, grasas y proteínas y las transforman en sustancias más simples. De esa forma se libera la energía almacenada en ellas y puede utilizarse como combustible para realizar las distintas funciones orgánicas como, por ejemplo, mantener la temperatura normal del cuerpo, respirar o caminar. Las sustancias simples producidas por el catabolismo (dióxido de carbono, urea, amoníaco, etc.) son eliminadas del organismo por los riñones, los intestinos, los pulmones y la piel. La energía obtenida se almacena como ATP. El catabolismo, o metabolismo destructivo, cumple entonces con dos propósitos:
1.- Liberar energía útil para las reacciones de síntesis de nuevas moléculas (anabolismo).
2.- Aportar materia prima para las reacciones anabólicas.
Muchas de las grandes moléculas que se degradan en el catabolismo han sido elaboradas previamente en el propio organismo por procesos anabólicos. Es así que las células funcionan como un gran juego de elementos, donde se rompe lo que había sido construido previamente para poder utilizar esas mismas piezas en la elaboración de algo nuevo.
Las reacciones anabólicas y catabólicas son procesos que suceden en forma simultánea. El catabolismo libera energía. El anabolismo utiliza esa energía para la construcción o síntesis de proteínas y ácidos nucleicos necesarios para las células. Cuando la actividad anabólica supera al catabolismo, los organismos crecen y ganan peso. Si las reacciones catabólicas son mayores que las anabólicas el organismo se deteriora y pierde peso, por ejemplo en las enfermedades o en ayunos prolongados. Luego de la ingestión de alimentos hay un aumento del anabolismo sobre el catabolismo, habida cuenta del aumento de glucosa (energía) que hay en la sangre.
En las primeras etapas de la vida predomina el anabolismo sobre el catabolismo. En el envejecimiento ocurre lo contrario. Cuando no hay supremacía entre anabolismo y catabolismo, se dice que el organismo se mantiene en equilibrio dinámico.

METABOLISMO BASAL
Se define como la cantidad de energía producida por un organismo en ayunas y en completo estado de reposo cada 24 horas y a 20º C de temperatura ambiente. Es la mínima cantidad de energía que necesitan las células para subsistir. El metabolismo basal está controlado por diversas hormonas y se mide de acuerdo a la cantidad de oxígeno consumido durante ese lapso de tiempo y a la cantidad de dióxido de carbono producido. Es una forma de medir la velocidad del consumo de energía en forma de calorías. Una caloría (cal) es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua destilada de 14,5º C a 15,5º C a nivel del mar y a una atmósfera de presión. Otra forma de expresar la energía es en julios. Una caloría equivale a 4,184 julios.
Si hay dos personas de la misma talla, peso y hábitos alimenticios y una de ellas utiliza menos calorías durante el sueño tendrá un menor metabolismo basal, con tendencia a ganar peso. En los animales de sangre caliente, el metabolismo basal es inversamente proporcional al tamaño corporal. Un ratón posee un metabolismo basal mucho más elevado que un elefante.

OBTENCIÓN DE MATERIA Y ENERGÍA
Los vegetales verdes transforman la energía solar en energía química a partir del dióxido de carbono atmosférico, del agua absorbida por las raíces (savia bruta) y de la clorofila, pigmento verde característico presente en los cloroplastos de las hojas. Mediante este proceso, denominado fotosíntesis, las plantas elaboran glucosa como fuente de energía para sus reacciones metabólicas. Además, es importante señalar que los procesos fotosintéticos producen oxígeno que es devuelto a la atmósfera donde es utilizado para la respiración de animales y de los propios vegetales. La fotosíntesis es la base de la vida en la actualidad, ya que permite la alimentación de todos los organismos vivos del planeta, como los herbívoros en forma directa y los carnívoros y carroñeros en forma indirecta.
Los animales no pueden fotosintetizar, con lo cual deben incorporar los alimentos por ingestión de vegetales y animales. De esa forma incorporan los hidratos de carbono, como la glucosa y demás nutrientes como fuente de energía para realizar su metabolismo. Los alimentos comienzan a degradarse en la boca con la masticación. Cuando llegan al estómago y al intestino delgado, los azúcares, grasas y proteínas son degradados por las enzimas digestivas a sustancias más pequeñas como monosacáridos (glucosa), ácidos grasos y aminoácidos. De esa forma son absorbidos hacia la circulación sanguínea y llegan a los tejidos de todo el organismo. Cuando ingresan al interior de las células, algunos nutrientes son utilizados para construir nuevas moléculas. El resto es atacado por otro tipo de enzimas que regulan o aceleran (catalizan) las reacciones bioquímicas para que sean metabolizados. Es así como se libera la energía contenida en los nutrientes y es utilizada para los procesos vitales del individuo. Parte de esa energía se pierde como calor, y otra parte se guarda en las moléculas de ATP (adenosín trifosfato). El ATP almacena la energía en el hígado, en los músculos y en el tejido graso hasta que las células la necesiten. La finalidad de todo este proceso es producir la materia prima y la energía que un ser vivo necesita para crecer, reproducirse, generar calor y realizar todas las funciones vitales.
La glucosa es la fuente principal para la obtención de energía. En las mitocondrias de las células se combina con el oxígeno proveniente de la atmósfera (respiración celular). Tras numerosas reacciones metabólicas controladas por enzimas, los átomo de hidrógeno de la glucosa se combinan con el oxígeno recién ingresado (oxidación de la glucosa) y se forman moléculas de agua. En cada reacción química se van elaborando partes de energía que se reúnen para formar ATP. Por cada molécula de glucosa oxidada se obtienen 38 moléculas de adenosin trifosfato, según la siguiente fórmula de la respiración celular:

Para obtener energía a partir de la glucosa hay tres procesos metabólicos: la respiración celular, la glucólisis y la fermentación, que ante la falta de oxígeno se produce ácido láctico o etanol en lugar de dióxido de carbono.

ALIMENTOS Y ENERGÍA
La energía contenida en los alimentos se expresa en kilocalorías (Cal). Una kilocaloría equivale a 1000 calorías (1 Cal = 1000 cal). A pesar que es costumbre referirse a “calorías” cuando se hace referencia al contenido energético de algún alimento, lo correcto es hablar de kilocaloría. La kilocaloría (Cal) es la energía necesaria para elevar la temperatura de un kilogramo de agua de 14,5º C a 15,5 º C. Este parámetro se utiliza en la medición del metabolismo energético. Otra forma de expresión es mediante el julio. Como fue señalado anteriormente, 1 caloría equivale a 4,184 J. Por lo tanto, 1 Cal es igual a 4184 julios o 4,184 kilojulios (kJ).

Cada gramo de hidratos de carbono contiene 4,1 Cal, mientras que un gramo de proteínas produce 4,2 Cal y un gramo de grasas 9,3 Cal. Muchos animales necesitan de las grasas en su alimento por su alto valor energético, sobre todo aquellos que habitan en ecosistemas de bajas temperaturas como el oso polar y el zorro del ártico.

METABOLISMO DE LOS ALIMENTOS
Hidratos de carbono
Tras la digestión intestinal por acción enzimática, los carbohidratos se absorben como monosacáridos, donde la glucosa representa el componente energético más importante para los animales. Cuando el organismo necesita energía, la glucosa sufre un rápido catabolismo donde se oxida dando dióxido de carbono y agua como desechos. La glucosa se almacena en los vegetales en forma de almidón como reserva energética, y en los animales lo hace como glucógeno que se deposita en el hígado. El exceso de hidratos de carbono se transforma en grasa.

Lípidos
El producto de la digestión de los lípidos es el glicerol y los ácidos grasos, que más tarde se convierten en triglicéridos, fosfolípidos y colesterol. Las grasas son importantes en la constitución de las membranas celulares, como fuente energética y en la absorción de las vitaminas liposolubles como la A, D, E y K. Se almacenan en células especiales, los adipocitos, que forman parte del tejido adiposo. El catabolismo de los lípidos produce compuestos de carbono que al degradarse forman dióxido de carbono y agua, igual que los carbohidratos.

Proteínas
Los aminoácidos son los productos de la digestión de las proteínas por acción de las enzimas digestivas. Los aminoácidos son muy importantes para el anabolismo de las células, ya que se transforman en proteínas que cumplen diversas funciones. Además de formar una parte importante desde el punto de vista estructural, las proteínas se comportan como hormonas, enzimas y anticuerpos. El catabolismo de los aminoácidos que no son utilizados por el organismo sigue dos rutas. Una de ellas tiene por objetivo desprenderse del nitrógeno que forma parte de sus moléculas, para unirse al dióxido de carbono y al agua y formar urea, amonio y ácido úrico que serán excretados vía renal. Luego de este proceso, llamado desaminación, el resto de los aminoácidos son nuevamente catabolizados dando dióxido de carbono y agua como sustancias de desecho.

CLASIFICACION DE LOS SERES VIVOS

El conjunto de organismos y microorganismos que habitan en la Tierra forman la biosfera, compuesta por un elevado número de seres vivos. Debido a la enorme diversidad en cuanto a formas de vida se refiere, es preciso establecer una clasificación que los agrupe de acuerdo a su evolución, diferencias y semejanzas. Las primeras clasificaciones establecidas en los seres vivos fueron empíricas, basadas en la utilidad que el hombre obtenía de vegetales y animales y no en sus semejanzas físicas.
El primero en clasificar a los seres vivos en vegetales y animales fue el filósofo Aristóteles. Siglos más tarde, Dioscórides (40-90 d. JC) clasifica los animales en terrestres y acuáticos, y a las plantas en alimentarias, medicinales y venenosas. En la medida que los biólogos descubrían mayor cantidad de organismos vivos, los clasificaban en útiles y peligrosos, a los vegetales en hierbas, arbustos y árboles y a los animales en domésticos y salvajes. El científico sueco Carl von Linné (o Lineo, 1707-1778) fue quien estableció las bases de la taxonomía moderna. La taxonomía es una rama de las Ciencias Biológicas que se encarga de clasificar a los seres vivos. Linné agrupó a todos los organismos en categorías taxonómicas de distintos niveles de jerarquía, de acuerdo a sus características comunes. Las categorías las ordenó de lo general a lo particular, es decir, de niveles superiores a niveles inferiores, nombrándolas de la siguiente manera: Reino, Filo (Phylum), Clase, Orden, Familia, Género y especie. Es así como Linné establece la existencia de tres reinos: vegetal, animal y mineral. Por otra parte, adoptó la llamada nomenclatura binomial para cada especie, donde ambas palabras deben estar escritas en latín y en cursiva (itálica), la primera con mayúscula referente al género y la segunda en minúscula indicativa de la especie. Cuando la nomenclatura binomial es manuscrita, ambas palabras se escriben subrayadas. Por ejemplo, el nombre científico de los humanos es Homo sapiens y el de la bacteria que provoca el tétanos es Clostridium tetani. La nomenclatura binomial es adoptada universalmente por todos los científicos.
Ernst Haeckel, en 1866, demuestra la diferencia entre organismos unicelulares y pluricelulares, incluyendo a los primeros dentro del reino Protista. Haeckel mantiene la clasificación taxonómica en tres reinos, al dejar de lado a los minerales.
En 1969, los organismos vivos quedan clasificados en cinco reinos. El menos evolucionado, llamado Monera, incluye a los microorganismos procariotas, formados por las bacterias y las algas verde azuladas. Un escalón más arriba los Protistas, microorganismos unicelulares eucariotas. Whittaker propone así separar a los hongos del reino Vegetal, incluyéndolos en el reino Fungi. Uno de los motivos principales era que estos organismos no son fotosintéticos como los vegetales, ya que se alimentan por absorción. En consecuencia los cinco reinos propuestos por Whittaker son: Monera, Protista, Fungi (Hongos), Plantae (Vegetal) y Animalia (Animal).
Actualmente, la categoría Reino es considerada como un subgrupo de un nivel superior llamado Dominio. La razón se debe a estudios realizados por el microbiólogo Carl Woese en 1990, de los cuales surgen notorias diferencias a nivel molecular entre los microorganismos procariotas Archaea y Bacteria. Woese propone, y es aceptado, incluir en dominios separados a las arqueobacterias y a las bacterias, creando un tercer dominio llamado Eukarya, que incluye a los reinos Protista, Fungi, Plantae y Animalia. No obstante, en algunas publicaciones se sostiene que es innecesario incluir una categoría superior, dejando al reino como nivel máximo de jerarquía en la clasificación de los organismos. Desde ese punto de vista, habría que considerar una clasificación con seis reinos.

FILO
Es una categoría taxonómica inferior al Reino y superior a la Clase. El Filo agrupa a los organismos de ascendencia común que tienen un mismo modelo de organización. Este nivel es usado para subdividir el reino Protista y el reino Animal. Para el reino Vegetal se emplea el término División como sinónimo de Filo. En esta jerarquía se agrupan las clases de aquellos seres vivos con características comunes. Dentro del Reino Animal, sobresale el Filo Arthropoda, invertebrados con exoesqueleto como el ciempiés, las arañas, los insectos y los ácaros, entre otros, y el Filo Chordata (cordados), con presencia de cuerda dorsal. Dentro de Chordata está el sub-filo Vertebrata, entre ellos los peces, los reptiles, los anfibios, las aves y los mamíferos. El Reino Vegetal tiene dos Divisiones: las Briófitas, plantas inferiores sin vasos conductores y con rizoides en lugar de raíces y las Cormófitas, plantas con raíces, tallos y hojas.

CLASE
En la categoría Clase se agrupa el conjunto de Órdenes con características comunes. Está un nivel más abajo que el Filo y por encima de la categoría Orden. En el reino animal, son ejemplos los mamíferos (clase Mammalia) y los insectos (clase Insecta).

ORDEN
Esta categoría taxonómica agrupa al conjunto de familias con características comunes.

FAMILIA
Es una jerarquía inferior al Orden, donde se agrupan todos los géneros con propiedades similares. Cuando se dificulta clasificar determinados organismos, se utiliza el nivel suprafamilia o subfamilia.

GENERO
Incluye a muchas especies que están emparentadas entre sí. No obstante, hay algunos géneros que abarcan una sola especie.

ESPECIE
Corresponde a la unidad básica de la clasificación biológica. La especie es un conjunto de individuos que se reproducen entre sí y dejan crías fértiles., como los seres humanos, los bovinos o las bacterias.

DOMINIO ARCHAEA
Son cuatro filos incluidos en este dominio, donde se conocen alrededor de 100 géneros y cerca de 300 especies. Tienen un tamaño de 0,5 a 5 micras, presentan diversas formas y se reproducen por división binaria. A diferencia de las bacterias, las arqueobacterias poseen distintos componentes lipídicos en la membrana plasmática y carecen de mureína en la pared celular. Además, se diferencian desde el punto de vista genético. Las arqueobacterias pueden ser autótrofas o heterótrofas, aerobias o anaerobias. Habitan en ambientes extremos de salinidad y temperatura.

DOMINIO BACTERIA
Se incluyen en esta categoría las Eubacterias, o bacterias verdaderas, las cianobacterias y Mycoplasma, estos últimos sin pared celular. Las bacterias poseen un tamaño de 1 a 10 micras, pueden ser aerobias o anaerobias y su nutrición es de tipo heterótrofa. Adoptan la forma de cocos, diplococos, en cadena (estreptococos), en racimos (estafilococos), formas de bastón (bacilos) y en espiral.

Las bacterias se dividen en Gram positivas y Gram negativas. Las primeras tienen una gruesa pared celular que al teñirlas con el colorante de Gram toman un color azul intenso. Las bacterias Gram negativas se tiñen de color rosado. Poseen una delgada pared celular encerrada entre dos membranas, una interna que corresponde a la membrana plasmática y otra externa, por fuera de la pared. Muchas bacterias son patógenas, ocasionando enfermedades como el cólera, la escarlatina, el síndrome urémico hemolítico, el tétanos y el botulismo, entre muchos ejemplos.

Hay bacterias útiles que colaboran en la digestión de los alimentos y en la absorción de ciertas vitaminas. Otras son utilizadas por la industria alimenticia para la elaboración del yogur y la fermentación de algunos quesos.
Respecto de las cianobacterias, se diferencian de las bacterias por ser autótrofas, ya que realizan fotosíntesis gracias a estructuras multilaminares clorofílicas que funcionan como los cloroplastos de las eucariotas vegetales. Forman parte del fitoplancton de aguas marinas y continentales, asumiendo el papel de productores en las cadenas alimentarias acuáticas. Algunas cianobacterias fijan el nitrógeno al suelo y habitan en simbiosis con microorganismos fúngicos y con algunos vegetales.
Como ha sido señalado antes, Mycoplasma es un género de bacterias sin pared celular. Miden menos de una micra y tienen forma alargada, redondeada y pleomórfica. Hasta la fecha se han reconocido más de un centenar de especies de Mycoplasma, muchas de ellas causantes de enfermedades.

DOMINIO EUKARYA
Sus representantes son organismos eucariotas, unicelulares y pluricelulares. El dominio Eukarya está compuesto por cuatro reinos: Protista, Fungi, Vegetal y Animal.

1- Reino Protista
Agrupa a las algas, protozoos y mohos mucosos. Se sospecha que los protistas han influido en la evolución de las células eucariotas. La mayoría son de tamaño microscópico. Los representantes de este reino viven en el agua y en la humedad de los suelos. Se nutren en forma autótrofa y heterótrofa, esta última por absorción o ingestión. Se reproducen de manera sexual o asexual y utilizan el oxígeno para su subsistencia. Los protistas forman parte del plancton, del bentos y de los suelos terrestres. Algunos ejemplares viven en el estómago de los rumiantes colaborando con la digestión de nutrientes, otros son parásitos y algunas especies viven en simbiosis dando lugar a los líquenes, asociación de un alga verde unicelular con un hongo.

2- Reino Fungi
Los hongos son organismos eucariotas. La mayoría son pluricelulares y multinucleares, aunque también los hay unicelulares. Dentro del reino Fungi se ubican cuatro filos: Zygomycota, Basidiomycota, Ascomycota y Chytridiomycota, este último con flagelos para su desplazamiento en medios acuáticos. Otros integrantes como Myxomycota (mohos mucilaginosos) han sido distribuidos en el reino Protista.
Existen más de 50000 variedades de hongos de diverso tamaño, desde microscópicos hasta grandes estructuras filamentosas con sombrero. Algunos son parásitos, otros de vida simbiótica como los líquenes y el resto saprófitos. Estos últimos se alimentan de sustancias en descomposición, siendo de gran importancia en los ecosistemas al transformar la materia orgánica en inorgánica, devolviéndole a la tierra elementos indispensables para la fotosíntesis de los vegetales. Los hongos están presentes en la tierra, el agua y en el aire como esporas. Carecen de flagelos.
La pared celular de los hongos está formada por quitina, carbohidrato que proporciona dureza y protección. A diferencia de la pared celular de los vegetales, no poseen plasmodesmas.
En los hongos superiores, la parte visible corresponde al cuerpo fructífero donde están los órganos reproductivos. La parte bajo tierra es el cuerpo vegetativo, formado por una red filamentosa llamada micelio. Las hifas son filamentos formados por células alargadas, que en conjunto forman el micelio. Los hongos se reproducen por medio de esporas en forma asexual y sexual.

Ciclo evolutivo de los hongos

Dentro de las especies microscópicas sobresales los mohos, tipo de hongos que se desarrollan en forma de filamentos uni o pluricelulares. Se reproducen por esporas en ambientes cálidos y húmedos, aunque se adaptan a climas adversos. Tienen el aspecto de una pelusa verde grisácea y desarrollan en la materia orgánica en descomposición y en algunos alimentos como quesos, pan y harinas. Gran cantidad de hifas blancas dan lugar a la formación de micelios. Las esporas de los mohos son de color oscuro.
El hongo Penicillium chrysogenum es un moho del ambiente de donde se extrae la penicilina, antibiótico utilizado en medicina. El género Penicillium es un habitante común de los suelos que prolifera fácilmente. Algunas especies producen toxinas, mientras que otras se utilizan en la elaboración de quesos como el roquefort y el camembert, a partir de Penicillium roqueforti y P. camemberti, respectivamente.
Otros hongos microscópicos unicelulares son las llamadas levaduras. Tienen la capacidad de fermentar los hidratos de carbono produciendo diversas sustancias. El género por excelencia que cumple esta función es Saccharomyces sp., microorganismo anaerobio que produce fermentación alcohólica que es utilizado en la fabricación de vinos, cerveza, pan y antibióticos, entre otros. Las levaduras se reproducen en forma sexual y asexual.
Por otra parte, varios géneros de hongos son utilizados como alimento, entre ellos Agaricus sp., conocidos vulgarmente con el nombre de champiñones.

3- Reino Plantae
Incluye organismos eucariotas pluricelulares, de nutrición autótrofa por medio de fotosíntesis, inmóviles y aerobios. Se reproducen en forma sexual y asexual. Poseen pared celular compuesta por celulosa y plasmodesmas, pequeños poros que atraviesan las paredes y comunican los citoplasmas celulares adyacentes. El reino Plantae (Vegetal) incluye dos divisiones, Bryophyta y Cormophyta.
Las briófitas son plantas menos evolucionadas, las primeras que aparecieron en el planeta. Constan de alrededor de 20000 especies que carecen de raíz, tallos y hojas. Por medio de rizoides se afirman a la tierra, a las rocas y a los troncos de los árboles. Las briófitas son pequeñas estructuras de 1-5 centímetros de altura, aunque hay algunas mayores. No poseen tejido leñoso ni vasos conductores, absorbiendo el agua y las sales minerales del suelo o del medio ambiente. Viven al abrigo de la luz, en terrenos muy húmedos. Las briófitas se clasifican en tres clases: Bryopsida (musgos), Anthocerotopsida (antoceros) y Marchantiopsida (hepáticas).
Las cormófitas son vegetales con raíces, tallos y hojas. Poseen vasos conductores llamados xilema para el transporte de agua y sales minerales y floema para el agua con nutrientes. El xilema conduce la savia bruta desde la raíz hacia toda la planta, mientras que el floema transporta savia elaborada desde las hojas al resto del vegetal. Las cormófitas se dividen en Pteridophyta, que carecen de semillas como los helechos y Spermatophyta, plantas con semillas. Estas últimas se subdividen en gimnospermas y angiospermas. Las semillas de las gimnospermas no se ubican dentro del fruto maduro, ya que aparecen en estructuras llamadas piñas (conos). Hay más de 800 especies de gimnospermas donde muchas de ellas son árboles como los pinos, cipreses, tilos, robles y abetos. Las angiospermas encierran sus semillas en los frutos maduros, y se caracterizan por presentar flores muy bellas y coloridas. Hay más de 200000 especies de angiospermas agrupadas en dos clases: monocotiledóneas y dicotiledóneas.

4- Reino Animalia
Representa a organismos eucariotas pluricelulares, de nutrición heterótrofa por ingestión. Carecen de cloroplastos y de pared celular. Se caracterizan por tener movilidad, por su metabolismo aerobio y su reproducción sexual. Adquieren simetría bilateral y radial, a excepción de las esponjas. Todos los representantes del reino animal presentan tejidos especializados, no así las esponjas.
El reino animal contiene abarca alrededor de 40 filos, con más de 1300000 especies descritas. Algunos de los filos se señalan en la siguiente tabla.

Dominio Euharya

Algunos Filos del reino Animalia

Ejemplos de clasificaciones taxonómicas

VIRUS
Son partículas formadas por una o más moléculas de ARN o ADN, que están rodeadas por una capa de proteínas denominada cápside. Esta cubierta puede ser esférica, poliédrica o helicoidal, y en algunos virus estar rodeada por una envoltura lipídica junto a distintas proteínas. Los virus son parásitos intracelulares obligados, ya que para multiplicarse necesitan de una célula huésped para replicar su material genético. Esto trae como consecuencia la destrucción de muchas células del organismo hospedador. Los virus no se consideran organismos vivos, ya que carecen de células y de la facultad de reproducirse por sí solos.
Los virus son muy pequeños, visibles al microscopio electrónico. Su tamaño oscila entre 25-400 nm (nanómetros). Un nanómetro es la millonésima parte del milímetro. Son agentes que ocasionan diversas enfermedades a animales y vegetales. Entre ellas sobresalen la gripe, la fiebre amarilla, la rubéola, el sarampión, la poliomielitis, la rabia y el virus de la inmunodeficiencia humana (SIDA).
David Baltimore clasificó a los virus de acuerdo a su genoma y a la forma de producción del ARN mensajero. De esa forma los ordenó en siete grupos.

El Comité Internacional de Taxonomía de Virus clasificó a los virus según los siguientes taxones:

Por ejemplo, la clasificación general de los virus de la Influenza (gripe) es:

Virus de la influenza

El Comité Internacional de Taxonomía de Virus confeccionó una lista con cerca de 5000 tipos de virus agrupados en 2000 especies diferentes reconocidos hasta la fecha.

COMPOSICIÓN DE LOS SERES VIVOS

La materia viva está formada por una serie de elementos químicos (átomos) que están en distintas proporciones. Los elementos que ocupan cerca del 98% de todo el organismo son el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S). Alrededor del 2% está representado por el calcio (Ca), sodio (Na), Cloro (Cl), potasio (K) y magnesio (Mg). En una proporción menor al 0,1% están el hierro (Fe), yodo (I), zinc (Zn) y cobre (Cu), entre otros. La unión de dos o más de los elementos químicos señalados da lugar a la formación de moléculas llamadas “compuestos químicos”. Estos compuestos químicos que forman la materia viva se clasifican en inorgánicos y en orgánicos. Los componentes inorgánicos son sustancias simples de estructura sencilla, formadas por moléculas pequeñas (bajo peso molecular), presentes en la materia viva y no viva. Por lo general no llevan carbono en sus moléculas, con algunas excepciones como en el caso del dióxido de carbono. Son ejemplos el agua, el dióxido de carbono y las sales minerales, entre otros.
Los componentes orgánicos tienen una estructura más compleja, llevan carbono en su composición y son macromoléculas de alto peso molecular. Están presentes en la materia viva y forman cadenas constituidas por enlaces de carbono muy estables. Son ejemplos de compuestos orgánicos los hidratos de carbono (azúcares), los lípidos (grasas), las proteínas y los ácidos nucleicos (ADN y ARN).
Todos los organismos están constituidos por una combinación ordenada de compuestos inorgánicos y orgánicos. De esa forma, las micromoléculas y las macromoléculas ejercen todos los procesos esenciales para la vida. El número de compuestos orgánicos es mucho mayor que el de los inorgánicos.

COMPUESTOS INORGÁNICOS

AGUA
Es la sustancia más abundante de los seres vivos. Representa alrededor del 70-80% del peso corporal. Está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. La fórmula química es H2O2. El agua posee un gran poder disolvente, por lo que la gran mayoría de las reacciones químicas que suceden en el organismo se producen en medios acuosos. El agua posee muchas funciones.
- Permite que se realicen todas las reacciones químicas esenciales para la vida.
- Regula la temperatura del organismo (sudoración).
- Al tener una importante proporción en el plasma sanguíneo, el agua actúa como transporte de oxígeno y nutrientes hacia las células y en la eliminación de dióxido de carbono y de desechos celulares hacia el exterior del organismo.
- El agua cumple una importante función estructural, dando forma y volumen a las células.

Balance hídrico diario en humanos

SALES MINERALES
Son compuestos químicos formados por la unión de un hidróxido con un ácido. El sodio, el calcio y el hierro son algunos de los elementos que el organismo incorpora en forma de sales minerales, por ejemplo el cloruro de sodio (NaCl) y el cloruro de calcio (CaCl2). El calcio es un componente fundamental de los huesos y dientes. El hierro es parte de la molécula de hemoglobina de los glóbulos rojos, encargada de transportar el oxígeno en la sangre.
En los seres vivos, las sales minerales están en forma sólida (huesos), disueltas (disociadas en aniones y cationes) y asociadas a componentes orgánicos. Sus funciones son:
- Formar estructuras duras y resistentes.
- Regular el equilibrio osmótico de las células.

COMPUESTOS ORGÁNICOS

Los compuestos orgánicos presentes en los organismos vivos se clasifican en cuatro grupos: hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

HIDRATOS DE CARBONO
También llamados carbohidratos, azúcares o glúcidos, estas sustancias contienen tres clases de átomos: carbono, hidrógeno y oxígeno (CHO). La función más importante de los hidratos de carbono es el aporte de energía. Según la cantidad de moléculas que posean, los hidratos de carbono se clasifican en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.
Monosacáridos
Formados por una sola molécula que tiene 5 ó 6 carbonos. Los monosacáridos son los hidratos de carbono más sencillos, cuya fórmula simplificada es C6H12O6. Son hidrosolubles (se disuelven en agua) y de sabor dulce. Ejemplos: glucosa, galactosa, fructosa, ribosa y desoxirribosa.
Disacáridos
La combinación de dos moléculas de monosacáridos con separación de una molécula de agua da origen a los disacáridos.

Los disacáridos también son hidrosolubles y de sabor dulce. Son ejemplos la sacarosa o azúcar común (glucosa más fructosa), la lactosa o azúcar de la leche (glucosa más galactosa) y la maltosa o azúcar de malta (formada por la unión de dos moléculas de glucosa).
Polisacáridos
Se forman a partir de la unión de varias moléculas de monosacáridos. Son insolubles en agua y no tienen sabor. Como ejemplos de polisacáridos están el almidón, la celulosa y el glucógeno, entre otros. El almidón se forma por la unión de una gran cantidad de moléculas de glucosa. Se acumula en los organismos vegetales y son una importante reserva de energía en esos organismos. Las semillas contienen abundancia en almidón. La celulosa está presente en la pared de las células vegetales, siendo su función darle sostén a las plantas. El algodón y el papel están formados de celulosa más o menos pura. El glucógeno es un polisacárido de los animales y, como el almidón y la celulosa, se forma a partir de la unión de un gran número de moléculas de glucosa.
Los polisacáridos y disacáridos tienen la propiedad de transformarse en monosacáridos cuando se les hierve en agua acidulada, porque los ácidos diluidos los hidratan, es decir, les hacen recuperar el agua que perdieron al formarse.

Clasificación de los hidratos de carbono

LÍPIDOS
Igual que los hidratos de carbono, los lípidos son moléculas orgánicas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno (CHO), aunque distribuidas de diferente forma. Son insolubles en agua, solubles en alcohol y cloroformo y untuosos al tacto. Se dividen en grasas (sólidas a temperatura ambiente) y en aceites (líquidos a temperatura ambiente). Tanto las grasas como los aceites son triglicéridos, formados por tres moléculas de ácidos grasos y una molécula de glicerol. Algunos ácidos grasos poseen una o más uniones dobles entre los átomos de carbono de la cadena (C=C) denominándose insaturados. Esto hace que las moléculas no puedan compactarse, con lo cual tienden a ser líquidas a temperatura ambiente. Son ejemplos el ácido oleico (un enlace doble) y el ácido esteárico (dos enlaces dobles). Por el contrario, los ácidos grasos saturados (ácido palmítico y ácido esteárico) no tienen doble enlace, por lo que sus cadenas están saturadas con átomos de hidrógeno. Las grasas de los animales se caracterizan por tener ácidos grasos saturados que permanecen empaquetados apretadamente y sólidas a temperatura ambiente.


Los lípidos cumplen varias funciones dentro del organismo, a saber:
Estructural: forman parte de las membranas celulares.
Reserva de energía: las semillas de los vegetales poseen lípidos. Cuando germinan, las nuevas plantas pueden crecer lo suficiente hasta autoabastecerse.
Protectora: los lípidos son excelentes aislantes térmicos, ya que la capa subcutánea de los animales ayuda a mantener la temperatura del cuerpo. Además, las grasas protegen contra los golpes.
Repelentes del agua: los animales secretan aceites sobre la superficie de la piel, las plumas y los pelos. Por otra parte, una capa de cera cubre las hojas de los vegetales evitando que el agua se evapore. Las ceras son similares a las grasas y aceites, salvo que los ácidos grasos se unen a largas cadenas de alcoholes en lugar de unirse al glicerol. Las abejas elaboran ceras especiales para la construcción de las colmenas.
Transporte: las sales biliares ayudan a transportar las grasas desde el intestino a la sangre.

PROTEÍNAS
Son grandes moléculas orgánicas compuestas por cuatro átomos: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON), aunque algunas poseen también azufre y fósforo (CHONSP). Las proteínas son insolubles en agua y de estructura compleja, ya que cada una de ellas tiene una forma directamente relacionada con su función biológica. Las proteínas están conformadas por aminoácidos. Tan solo veinte aminoácidos diferentes se combinan para formar todas las variedades de proteínas existentes. Los aminoácidos pueden ser esenciales y no esenciales. Los esenciales, presentes en la carne y en algunos vegetales, tienen que ingresar con la dieta porque el organismo no los produce. Los aminoácidos no esenciales, en cambio, son elaborados por el organismo y también están en los alimentos.

Ejemplos de proteínas

Las funciones que tienen las proteínas en el organismo son:
Estructural: la queratina está presente en los pelos, lana, plumas, piel, uñas y cuernos.
Hormonal: la insulina es una proteína que controla la glucosa presente en la sangre.
Inmunológica: las globulinas dan lugar a la formación de anticuerpos llamados inmunoglobulinas.
Transporte: la hemoglobina es una proteína que transporta oxígeno y dióxido de carbono en la sangre.
Enzimática: las enzimas son proteínas cuya función es acelerar una reacción química.

ÁCIDOS NUCLEICOS
El ácido ribonucleico (ARN) y el ácido desoxirribonucleico (ADN) son ácidos nucleicos. El ADN es una enorme molécula (macromolécula) que se transmite de una generación a otra. Los genes, fragmentos de ADN, tienen instrucciones que determinan las características de un organismo, ya que posee toda la información genética y la transmite a la descendencia.
El ARN es una macromolécula parecida al ADN que actúa como intermediaria al traducir las instrucciones presentes en los genes para la síntesis de proteínas. Los ácidos nucleicos son polímeros, cuyos monómeros son los llamados nucleótidos, compuestos por:

En las células eucariotas de animales y plantas superiores, el ARN se encuentra mayormente en el citoplasma y algo en el núcleo. La macromolécula de ARN forma una cadena simple. En cambio, el ADN está únicamente dentro del núcleo de la célula y posee dos cadenas, paralelas y enrolladas en espiral.
En síntesis, el ADN es una larga macromolécula que se forma a partir de unidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido, a su vez, se forma a partir de fosfato, de un azúcar y de una base nitrogenada. Es decir, todo el ADN está formado por átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo (CHONP). Al unirse, los nucleótidos forman moléculas de ADN. El ARN también está formado por los cinco átomos mencionados.

AUTOEVALUACION

NUTRICION DE LOS SERES VIVOS (Powerpoint)

TEXTO SOBRE NUTRICION DE LOS SERES VIVOS

NUTRICION DE LOS SERES VIVOS

Los alimentos son las sustancias que ingieren los seres vivos. Están formados por componentes inorgánicos (agua, minerales, sales) y por componentes orgánicos (hidratos de carbono o azúcares, lípidos o grasas, proteínas y vitaminas). Todos estos componentes se denominan nutrientes.
La nutrición es el conjunto de procesos donde los seres vivos intercambian materia y energía con el medio que los rodea. Por medio de la nutrición se obtiene energía y se aportan los nutrientes para crear o regenerar la materia del organismo.
La función de nutrición incluye varios procesos: la captación de nutrientes, su transformación, su distribución a todas las células y la eliminación de sustancias de desecho que se producen como resultado del uso que se hace de los nutrientes en las células. Todos estos procesos son comunes tanto para animales como para vegetales. Para que se pueda llevar a cabo la nutrición, los seres vivos poseen órganos y sistemas especializados. En los animales, esos órganos forman parte de los sistemas digestivo, respiratorio, cardiovascular y excretor.
De acuerdo a la forma en que obtienen los alimentos, los seres vivos se clasifican en autótrofos y heterótrofos.
Son autótrofos los organismos capaces de sintetizar su propia materia orgánica. Es la nutrición propia de las plantas, que utilizan la energía solar y la clorofila presente en los cloroplastos.
Los organismos heterótrofos no sintetizan sus alimentos, con lo cual es la nutrición propia de los seres que consumen a otros organismos vivos.
La nutrición consiste en tomar nutrientes y oxígeno del medio para obtener energía, para luego recoger y expulsar sustancias de desecho. Se realiza en las siguientes fases: toma de alimentos, transformación de esos alimentos mediante la digestión, absorción de nutrientes, transporte de nutrientes y obtención de energía. Como último paso de la nutrición se realiza la recolección, el transporte y la eliminación de sustancias de desecho producidas en las células.

NUTRICIÓN DE LOS VEGETALES
Las algas y los vegetales se nutren de forma autótrofa. Para ello toman del medio el agua, el dióxido de carbono y las sales minerales. Por medio de las raíces toman el agua y las sales minerales del suelo y por los estomas de las hojas el dióxido de carbono de la atmósfera. Por el tallo se distribuye hacia las hojas el agua y las sales, y hacia todas las partes del vegetal los productos sintetizados en la fotosíntesis. Por lo tanto la raíz, además de fijar el vegetal al suelo absorbe el agua y las sales por unos pelos muy finos que existen en la zona pilífera. Esa agua y sales forman la savia bruta que se transporta por vasos llamados xilema a través de todo el tallo. La fuerza necesaria para que la savia bruta pueda ascender no es otra que la evaporación del agua de las hojas por transpiración.
Una vez que han llegado el agua y las sustancias inorgánicas a la hoja, se absorbe por los estomas de las propias hojas el dióxido de carbono, que junto con la energía del sol y en presencia de clorofila transforman dentro de los cloroplastos la savia bruta en savia elaborada. Esta savia elaborada, rica en azúcares y materia orgánica, es distribuida al resto del vegetal por otro tipo de vasos denominados floema.



Una vez que el vegetal ha adquirido la materia orgánica por fotosíntesis, la utiliza para generar energía. Los vegetales también necesitan de energía para crecer, dar flores y frutos, reponer partes de la planta y relacionarse con el medio. Esa energía la toman del uso que hacen de los azúcares y demás compuestos elaborados en la fotosíntesis. La materia orgánica entra en las mitocondrias de las células y en presencia de oxígeno se realiza la respiración celular. De esta forma, la materia orgánica es transformada en dióxido de carbono (que se elimina a la atmósfera), agua y energía en forma de ATP (trifosfato de adenosina).
Cabe señalar que los vegetales carecen de estructuras especializadas para la excreción de desechos. Por otra parte, la cantidad de desechos vegetales es muy baja. El dióxido de carbono producido por respiración celular se elimina al exterior a través de los estomas de las hojas, aunque una parte de ese gas puede ser reutilizado para la fotosíntesis. Las sustancias nitrogenadas de desecho se emplean para la síntesis de nuevas proteínas. Algunos desechos son almacenados dentro de las células de la propia planta.

NUTRICIÓN DE LOS ANIMALES
Los animales necesitan energía para vivir, pero no pueden tomarla del sol directamente como lo hacen los vegetales. Sólo pueden obtener la energía de la transformación de los alimentos y del oxígeno que toman del aire. Así se realiza la nutrición heterótrofa. Los seres unicelulares toman del medio externo las sustancias que necesitan. En los seres pluricelulares existen células que se especializan en tejidos, éstos se asocian en órganos y los órganos a su vez en sistemas que realizan funciones específicas dentro del organismo general.
Los sistemas que intervienen en la nutrición de los animales son los siguientes:
1- Sistema digestivo: digiere los alimentos para obtener nutrientes, los absorbe para que sean utilizados por las células y elimina la materia no aprovechable en forma de excrementos.
2- Sistema circulatorio: distribuye nutrientes y oxígeno a todas las células del cuerpo y recoge los residuos y el dióxido de carbono llevándolo a los órganos excretores.
3- Sistema respiratorio: toma el oxígeno necesario para la vida celular y expulsa el dióxido de carbono que produjo la célula tras realizar la respiración celular.
4- Sistema excretor: elimina del organismo todas las sustancias nitrogenadas que produce la célula a raíz de su metabolismo.

SISTEMA DIGESTIVO
Es el encargado de transformar los alimentos que ingresan al organismo (ingestión) en sustancias más sencillas (digestión) para que puedan pasar a la sangre (absorción) y de ahí ser distribuidas a todas las células del organismo, desechando todo aquello que no ha sido utilizado (egestión). Vale decir que las etapas que cumple el proceso digestivo son la ingestión, digestión, absorción y egestión. La egestión se produce por defecación, cuando los excrementos son compactos y poseen poco agua (mamíferos) o por deyección, cuando son acuosas y se eliminan por la cloaca (aves).
La mayor parte de los animales tienen un aparato digestivo formado por:
-Un tubo digestivo con una abertura anterior (cavidad bucal) para entrada de alimentos y una salida posterior (ano) para la expulsión de excrementos. Los órganos principales que forman la parte tubular del sistema digestivo son: cavidad bucal, faringe, esófago, estómago, intestino delgado, intestino grueso, recto y ano.
-Glándulas accesorias que colaboran en los procesos digestivos y de absorción, como las glándulas salivales, el hígado, el páncreas y el hepatopáncreas, este último en organismos invertebrados.
La digestión fragmenta y reduce a los alimentos de dos formas:
-Física: a través de la masticación en la cavidad bucal y por los movimientos que realiza el estómago y los intestinos cuando las sustancias ingeridas llegan a estos órganos.
-Química: por la acción de enzimas digestivas producidas a lo largo del tracto digestivo.

Sistema digestivo en los mamíferos
Los órganos que poseen los mamíferos son los siguientes.
Cavidad bucal: contiene órganos accesorios como la lengua y los dientes. La lengua colabora en acomodar los alimentos y mezclarlos con saliva durante la masticación (insalivación), con lo cual forman el bolo alimenticio. Los dientes actúan en la digestión mecánica, ya que se utilizan para cortar, desgarrar, triturar y moler los alimentos. La saliva contiene una enzima llamada ptialina que actúa sobre los hidratos de carbono, poniendo en marcha la digestión química. Por otra parte, ejerce una función mecánica al lubricar la boca y humedecer el alimento que ingresa a la cavidad bucal.
Faringe: una vez que el bocado es deglutido, pasa hacia la faringe (garganta). En los animales superiores, por este órgano pasan los alimentos y el aire que va desde y hacia los pulmones, por lo que es un órgano que pertenece a los sistemas digestivo y respiratorio.
Esófago: es un conducto que nace en la faringe y conduce el bolo alimenticio hacia el estómago.
Estómago: en los mamíferos es el lugar donde se inicia la digestión de las proteínas, gracias a la acción del ácido clorhídrico y de las enzimas provenientes del jugo gástrico.
Intestino delgado: continúa la digestión de las proteínas y se inicia la digestión de las grasas y de los hidratos de carbono, por acción de enzimas del jugo pancreático, del jugo intestinal y de la bilis segregada por el hígado. En el intestino delgado se produce la absorción de la mayor cantidad de nutrientes a través de las vellosidades intestinales. Esos nutrientes pasan a los capilares sanguíneos y linfáticos y se dirigen al hígado, para luego distribuirse a todas las células del organismo.
Intestino grueso: su principal función es concentrar y almacenar los desechos sólidos y transformar el contenido intestinal (quimo) en materia fecal.
Las células presentes en intestino grueso reabsorben agua del quimo, sales minerales y algunas vitaminas.
Recto: última porción del sistema digestivo, ubicado entre el intestino grueso y el ano. La función del recto es almacenar la materia fecal para luego ser expulsada por la abertura anal.

Sistema digestivo en las aves
Es bastante parecido al de los mamíferos, ya que prácticamente poseen los mismos órganos y funciones similares. La cavidad bucal está representada por un pico, con una lengua puntiaguda en su interior, glándulas salivales y ausencia de piezas dentales. El pico se continúa con la faringe y luego con el esófago, que se ensancha en la parte anterior dando lugar al buche, utilizado para almacenar alimento y favorecer su ablandamiento. En algunas especies el buche elabora sustancias nutritivas para alimentar a las crías. Luego continúa el estómago, que se divide en dos partes: una anterior, el proventrículo que segrega jugo gástrico, y una parte posterior, la molleja, de gran musculatura donde se trituran los alimentos con la ayuda de piedritas que las aves tragan para favorecer el macerado. Más tarde el bolo ingresa al intestino que se dispone de manera muy flexuosa
como en los mamíferos. El intestino desemboca en dos ciegos alargados, que a su vez dan origen al recto que desemboca en la cloaca por donde se deyectan los excrementos.

Sistema digestivo en los reptiles
Hay variaciones según sea el tipo de animal que se trate. Las tortugas carecen de dientes, mientras que los caimanes y cocodrilos presentan dentición desarrollada. Las serpientes, algunas venenosas, tienen colmillos dentro de la cavidad bucal. El estómago de los reptiles, de gran capacidad, se continúa con el intestino delgado y luego con el intestino grueso que termina en una cloaca. En las serpientes, tanto el esófago como el estómago tienen una importante capacidad para distenderse, hecho que favorece la deglución de presas de gran tamaño. El hígado y el páncreas de los reptiles cumplen las mismas funciones que en los mamíferos y aves.

Sistema digestivo en los anfibios
Presentan una cavidad bucal, faringe, esófago, estómago, intestino delgado, intestino grueso y cloaca. En general, el sistema digestivo de los anfibios es bastante similar al de los reptiles.

Sistema digestivo en los peces
Formado por un largo tubo que se inicia en la cavidad bucal y se continúa con la faringe, el esófago, el estómago y los intestinos. Como no tienen glándulas salivales se reemplazan por estructuras secretoras de moco. En la parte lateral de la faringe se originan las branquias, órganos de la respiración. De la zona esofágica nace la vejiga natatoria. Una derivación del esófago forma la vejiga natatoria, órgano hidrostático de muchos peces que ayuda a mantener el equilibrio.

Sistema digestivo en los insectos
Está formado por un tubo algo enrollado que se extiende desde la boca al ano. Se divide en tres regiones separadas por esfínteres que regulan el pasaje de los alimentos. Esas regiones son el estomodeo, el mesenterón y el proctodeo.
-Estomodeo: formada por el esófago, el buche (ensanchamiento final del esófago) y los proventrículos, que en su parte final presenta la válvula estomoideal que regula el paso de alimentos hacia la siguiente región.
-Mesenterón: representa el intestino medio, con forma de saco alargado de diámetro uniforme. En su interior presenta pliegues para la absorción de los nutrientes. El mesenterón contiene jugos digestivos y enzimas para la digestión.
-Proctodeo: se divide en íleo, delgado tubo que es continuación del mesenterón y en recto, parte final con forma de saco ubicado en la parte posterior del abdomen.

SISTEMA CARDIOVASCULAR
El sistema cardiovascular (cardiocirculatorio) tiene las siguientes funciones:
-Transportar la sangre con oxígeno y nutrientes hacia todas las células del organismo
-Llevar los desechos celulares y el dióxido de carbono hacia los órganos encargados de su eliminación.
-Transportar hacia los tejidos sustancias como el agua, hormonas, enzimas y anticuerpos, entre otros.
-Mantener constante la temperatura corporal.
Una vez que los heterótrofos han digerido los alimentos en los intestinos y obtenido así los nutrientes, estos son absorbidos hacia la sangre, quien los ser transportará hacia todas las células del organismo.
El transporte de nutrientes se realiza por medio del sistema cardiovascular, formado por el corazón, las arterias, las venas y los capilares sanguíneos, estos últimos muy pequeños y en estrecho contacto con las células del organismo. Es la sangre que corre por dichos vasos quien transporta a las proteínas, glúcidos, lípidos, agua, sales, enzimas, hormonas, oxígeno, etc. hacia todas las células para que puedan cumplir sus funciones vitales.
Los órganos que componen el sistema cardiovascular de los vertebrados son el corazón y los vasos sanguíneos, estos últimos diferenciados en arterias, arteriolas, venas, vénulas y capilares sanguíneos. Las arterias salen del corazón transportando sangre hacia el organismo. Poseen una capa muscular bien desarrollada capaz de soportar la presión de la sangre que es bombeada por el corazón. Las venas llegan al corazón transportando sangre desde el organismo. A diferencia de las arterias, las venas tienen válvulas para evitar el movimiento retrógrado de la sangre. Luego de múltiples ramificaciones donde el diámetro de los vasos arteriales se va reduciendo de centímetros a micrones se forman los capilares sanguíneos, cuya misión es entregar oxígeno y nutrientes a las células y recibir dióxido de carbono y desechos del metabolismo celular.
El corazón presenta aurículas y ventrículos. Las aurículas reciben sangre proveniente de las venas. Los ventrículos impulsan la sangre fuera del corazón.
La circulación de los animales puede ser:
-Simple: cuando la sangre circula solo una vez por el corazón, como en los peces, que poseen una aurícula y un ventrículo.
-Doble: la sangre pasa dos veces por el corazón ya que existe un circuito pulmonar y otro general, tal como sucede en aves y mamíferos. Estos animales tienen dos aurículas y dos ventrículos.
-Incompleta: cuando la sangre venosa se mezcla con la sangre arterial, como en los reptiles y los anfibios.
-Completa: la sangre arterial y la venosa nunca se mezclan (aves y mamíferos).
-Cerrada: cuando la sangre circula únicamente por vasos y no toma contacto con el exterior. Es propia de los anélidos y los vertebrados.
-Abierta: cuando la sangre no circula completamente por los vasos, abriéndose en un tramo con el exterior para bañar directamente a las células. Es propia de moluscos y artrópodos, donde la sangre (hemolinfa) sale de los vasos para entregar nutrientes a los tejidos y luego vuelve a penetrar en los vasos para llegar al corazón.
Los animales inferiores no tienen un verdadero sistema circulatorio (esponjas o celentéreos).

Circulación en las aves y mamíferos
En el corazón de las aves y de los mamíferos existen cuatro cámaras: dos aurículas, una derecha y otra izquierda y dos ventrículos, derecho e izquierdo. La sangre pobre en oxígeno recogida de todas las células del organismo ingresa a la aurícula derecha del corazón a través de las venas cavas. Pasa al ventrículo derecho, luego a la arteria pulmonar y llega a los pulmones para oxigenarse. Esa sangre oxigenada es conducida por las arterias pulmonares al corazón, más precisamente a la aurícula izquierda. La sangre pasa luego al ventrículo izquierdo que la impulsa con gran presión hacia todo el cuerpo a través de la arteria aorta.
La circulación de las aves y mamíferos es doble, cerrada y completa, ya que la sangre atraviesa dos veces el corazón, no se comunica con el exterior y nunca se mezcla.

Circulación en los reptiles y anfibios
Poseen un corazón con tres cavidades, dos aurículas (derecha e izquierda) y un ventrículo. La sangre desoxigenada de todo el cuerpo llega a la aurícula derecha, pasa al ventrículo y llega a los pulmones a través de la arteria pulmonar. En los pulmones se oxigena y regresa por las venas a la aurícula izquierda, pasa nuevamente al único ventrículo y es llevada por la arteria aorta a todo el organismo. Los reptiles y anfibios tienen una circulación doble, cerrada e incompleta. No obstante, la mezcla entre la sangre oxigenada y desoxigenada es menor, ya que el ventrículo está parcialmente dividido.
El cocodrilo, uno de los mayores predadores del planeta, es un reptil cuyo corazón posee cuatro cavidades bien definidas (dos aurículas y dos ventrículos), como las aves y los mamíferos.


Circulación en los peces
El corazón de los peces tiene forma de tubo, con una aurícula y un ventrículo. La sangre desoxigenada es transportada por las venas hacia la aurícula y luego al ventrículo, que la impulsa hacia las branquias para que pueda oxigenarse. Luego circula por las arterias y llega a todas las células del organismo para entregar oxígeno y nutrientes. Es de notar que la sangre pasa una sola vez por el corazón en cada circuito. Es por ello que la circulación de los peces es simple, cerrada y completa. Los anfibios no adultos, como los renacuajos, tienen una circulación similar a la de los peces.


Circulación en los insectos
Estos animales poseen un corazón y un solo vaso que transporta hemolinfa. El corazón tiene forma de tubo, con aberturas laterales llamadas ostiolos. La hemolinfa circula por todo el cuerpo y luego regresa al corazón, de ahí a una pequeña arteria dorsal y luego a todos los tejidos para irrigarlos nuevamente. La hemolinfa distribuye todos los nutrientes a las células pero no el oxígeno, que es llevado exclusivamente por el sistema respiratorio a través de las tráqueas.

SISTEMA RESPIRATORIO
La función del sistema respiratorio es tomar el oxígeno de la atmósfera o del agua (peces) y llevarlo, a través del sistema circulatorio, a las células del organismo. También actúa desalojando el dióxido de carbono producido en las células como material de desecho. La respiración de los vertebrados terrestres consiste en una inspiración, donde penetra el oxígeno atmosférico por las cavidades nasales rumbo a los pulmones para ser entregado por la sangre a las células, y en una espiración, donde el dióxido de carbono es eliminado al exterior. El intercambio que se produce entre el oxígeno y el dióxido de carbono se denomina hematosis.
En los distintos organismos animales existen diferentes tipos de respiración.
-Respiración pulmonar
Los pulmones son las estructuras respiratorias que toman contacto con el exterior por medio de una serie de tubos. Están irrigados por una gran cantidad de capilares sanguíneos. Los pulmones pueden presentar forma de saco, como en mamíferos, reptiles y anfibios, o forma tubular, como los sacos aéreos de las aves.
-Respiración branquial
Las branquias son estructuras propias de animales de vida acuática, como los peces, anfibios, crustáceos y moluscos. Hay branquias externas y branquias internas, estas últimas más evolucionadas.
-Respiración traqueal
Es la que poseen los insectos y artrópodos terrestres, mediante un sistema de tubos llamados tráqueas. Estas estructuras ponen en contacto el oxígeno atmosférico con todas las células del organismo animal. Como se mencionó anteriormente, el sistema cardiocirculatorio de los insectos no participa en el transporte de oxígeno, ya que la circulación abierta que poseen es muy lenta para tal efecto. Los tubos traqueales se conectan con el exterior por medio de orificios llamados espiráculos.
-Respiración cutánea
El intercambio gaseoso se efectúa a través de la piel, como sucede en los gusanos terrestres o en animales acuáticos, como medusas y esponjas. Los anfibios también recurren a este tipo de respiración, que se complementa con la respiración pulmonar como en ranas, sapos y salamandras.

Sistema respiratorio en los mamíferos
Los pulmones tienen un gran desarrollo de su superficie interna. El aire inspirado penetra por las cavidades nasales, pasa por la faringe, la laringe y la tráquea. Esta estructura se bifurca en el tórax y da origen a dos bronquios, que penetran en los pulmones y tras sucesivas ramificaciones dan lugar a la formación de los bronquiolos. Estos también se ramifican en bronquiolos de diámetro aún menor, que transportan el aire inspirado hasta los sacos alveolares, formados por muy pequeñas cámaras, los alvéolos, donde se produce el intercambio gaseoso con la sangre (hematosis).

Sistema respiratorio en las aves
Los pulmones de las aves tienen forma de conductos donde el aire circula en una sola dirección. Además, poseen grandes bolsas llamados sacos aéreos, que tienen conexión con los pulmones, ya que se ubican por delante y por detrás. A diferencia de los mamíferos que poseen alvéolos para el intercambio gaseoso, las aves tienen parabronquios para tal efecto. El aire inspirado pasa de la boca a los sacos aéreos posteriores, luego a los parabronquios donde se efectúa el intercambio gaseoso y finalmente a los sacos aéreos anteriores, para ser eliminados con la espiración. El sistema posee válvulas para evitar la dirección retrógrada del aire. En determinadas especies, los sacos aéreos se introducen en los huesos.

Sacos aéreos

Sistema respiratorio en los reptiles
La respiración de estos animales es por medio de pulmones bien desarrollados, hecho que le permite la vida terrestre. El aire entra y sale del organismo a raíz de movimientos de los músculos del tórax. Las serpientes respiran a través de un solo pulmón alargado que tiene considerable desarrollo.

Sistema respiratorio en los anfibios
Los pulmones de estos animales suelen ser pequeños. El aire que por inspiración toman por los orificios nasales llena toda la cavidad bucal. Luego cierran los orificios nasales y suben el piso de la boca, obligando así a que el aire pase a los pulmones. Al ser insuficiente este tipo de respiración, los anfibios también recurren a la respiración cutánea, por lo que deben mantener en forma permanente la piel muy húmeda.

Sistema respiratorio en los peces
El intercambio gaseoso se realiza a través de prolongaciones de la piel llamadas branquias. Estas estructuras son simétricas y se ubican detrás de la cabeza. Las branquias están rodeadas de vasos sanguíneos que favorecen la entrada de oxígeno y la salida de dióxido de carbono. En los peces con esqueleto óseo, las branquias están cubiertas y protegidas por una serie de huesos llamados opérculo. Cuando el pez abre la boca penetra el agua, pasa a la faringe y el opérculo se cierra. Al cerrar la boca, el opérculo se abre para que el agua pase por las branquias entregando el oxígeno del agua. Los peces con esqueleto cartilaginoso (tiburones y rayas) carecen de opérculo, con lo cual las branquias se comunican de manera directa con el exterior.

Sistema respiratorio en los insectos
En la superficie del cuerpo se disponen unos orificios pequeños, los estigmas, por donde el oxígeno ingresa a dos troncos traqueales dispuestos en posición dorsal. A medida que progresan dentro del organismo, los túbulos traqueales van reduciendo su diámetro hasta llegar a las células, lugar donde se efectúa por difusión el intercambio gaseoso.

SISTEMA EXCRETOR
Las funciones del sistema excretor son mantener constantes en el medio interno las sustancias fundamentales para la existencia, y eliminar del organismo los productos de desecho del metabolismo celular. Así como el sistema respiratorio se encarga de expulsar el dióxido de carbono de la circulación, es el sistema excretor el responsable de eliminar las sustancias nitrogenadas de la sangre, otro de los desechos del metabolismo celular. Algunas sustancias también pueden ser eliminadas a través de la piel, aunque en menor cantidad. Los organismos poco evolucionados carecen de sistema excretor, ya que eliminan los desechos directamente al medio en donde viven.
Los productos nitrogenados de desecho se eliminan, según el organismo que se trate, como urea, ácido úrico y amoníaco.
La urea, cuya fórmula abreviada es (NH2)2CO, resulta ser una sustancia tóxica que no obstante puede permanecer en el organismo a bajas concentraciones. Los animales que eliminan urea, llamados ureotélicos, son los mamíferos, los quelonios (tortugas), los tiburones, las rayas y los anfibios adultos.
Aquellos animales limitados para acumular importantes cantidades de agua, como las aves, o que deban restringir pérdidas hídricas, como los reptiles o los artrópodos, eliminan los productos nitrogenados de desecho como ácido úrico (C5H4N4O3), en forma sólida y sin pérdida de agua. Este grupo de organismos se denomina uricotélicos.
La eliminación de productos nitrogenados en forma de amoníaco (NH3) es propia de los peces con esqueleto óseo. El amoníaco es muy tóxico, por lo que debe ser expulsado del organismo rápidamente y tomar contacto con el agua. Es por esa razón que este tipo de eliminación es propia de animales acuáticos. A los organismos que excretan amoníaco como desecho se los llama amoniotélicos.
El órgano excretor en organismos vertebrados (mamíferos, aves, reptiles, anfibios y peces) es el riñón, formado por minúsculos túbulos denominados nefrones. Estas estructuras se encargan de filtrar la sangre, recuperando las sustancias útiles para el organismo (agua, sales) y eliminando los desechos nitrogenados y exceso de agua en forma de orina.

Sistema excretor en los mamíferos
La orina formada en los riñones circula por dos finas estructuras tubulares, los uréteres, que desembocan en una vejiga, lugar donde se almacena esa orina. De la vejiga nace un conducto, llamado uretra, por donde la orina sale al exterior.

Sistema excretor en las aves, reptiles y anfibios
La orina sale de los riñones por los uréteres que desembocan en la cloaca, junto con el intestino y los conductos del sistema reproductor.

Sistema excretor en los peces
Estos organismos eliminan la orina directamente hacia el agua. La orina de los peces es escasa y muy concentrada.

Sistema excretor en los insectos
Poseen túbulos cerrados en un extremo y abiertos en el otro. Este último desemboca en los intestinos. Dichas estructuras, denominadas tubos de Malpighi, absorben sustancias útiles de la cavidad interna del cuerpo y expulsa los desechos nitrogenados hacia el intestino.

Integración de los sistemas en la nutrición

NUTRICION DE LOS SERES VIVOS EN POWERPOINT

FOTOSINTESIS

Es una transformación química por el cual los vegetales verdes, ciertas algas y algunas bacterias captan la energía luminosa que procede del sol y la convierten en energía química. Las plantas poseen un pigmento de color verde llamado clorofila, que se encuentra en los cloroplastos de las células. Este pigmento tiene la capacidad de absorber la energía de la luz solar y cederla para la elaboración (síntesis) de hidratos de carbono como la glucosa, a partir de dos compuestos disponibles en el medio ambiente: agua y dióxido de carbono. Además, la fotosíntesis produce oxígeno que es liberado a la atmósfera, hecho de fundamental importancia para la vida en general, ya que permite cumplir el proceso respiratorio. Se puede asegurar que este proceso fotoquímico es la base de la vida actual, ya que de la fotosíntesis depende la alimentación de todos los seres vivos del planeta, incluido el hombre, los herbívoros (en forma directa) y los carnívoros y carroñeros (en forma indirecta). La reacción química de la fotosíntesis es la siguiente:

Es decir, seis moléculas de agua más seis moléculas de dióxido de carbono, en presencia de luz solar y de clorofila, producen una molécula de glucosa y seis moléculas de oxígeno, este último desplazado hacia la atmósfera. A partir de la glucosa obtenida por fotosíntesis se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos esenciales en la constitución de las plantas. Por medio de la fotosíntesis también se elaboran otras sustancias orgánicas como las proteínas y los lípidos que las células vegetales necesitan para poder vivir, crecer y reproducirse. La fotosíntesis se lleva a cabo en los tilacoides, que son sacos o vesículas aplanadas que están inmersos en una solución llamada estroma en el interior de los cloroplastos. En la membrana de los tilacoides están los pigmentos fotosintéticos, como la clorofila, carotenos y xantinas. En su interior se realizan las reacciones de captación de la luz de la fotosíntesis. Pilas de tilacoides forman el grana de los cloroplastos.

Cloroplastos en el interior de células vegetales

Estructura interna de un cloroplasto

La fotosíntesis es un proceso que ocurre en dos fases, denominadas fase fotoquímica (lumínica) y fase bioquímica (de fijación del dióxido de carbono). La fase fotoquímica se produce en los tilacoides del cloroplasto, donde la energía de la luz solar captada por la clorofila se almacena en dos moléculas: ATP (adenosín trifosfato) y NADPH (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato). Estas dos moléculas son las encargadas de transformar el agua y el dióxido de carbono en compuestos orgánicos reducidos, como la glucosa, con liberación de oxígeno. Es en la fase lumínica donde se produce la descomposición del agua, liberándose electrones. La fase bioquímica ocurre en el estroma del cloroplasto, donde el ATP y el NADPH son utilizados en la asimilación del CO2 atmosférico para la producción de sustancias, principalmente glucosa. El ATP es una molécula que almacena bastante energía. Pertenece al grupo de los nucleótidos, formado por una base nitrogenada (adenina), un monosacárido de cinco carbonos (ribosa) y un grupo fosfato con enlaces de alta energía. A través de un proceso catabólico, es decir, mediante la transformación de moléculas complejas en otras más sencillas, se libera la energía almacenada en los enlaces de fosfato.

Estructura de la molécula de trifosfato de adenosina (ATP)

MECANISMO DE LA FOTOSÍNTESIS

1- Las hojas captan la energía lumínica del sol gracias a la clorofila, pigmento verde que está en los tilacoides de los cloroplastos de las células.
2- El dióxido de carbono de la atmósfera penetra por los estomas de las hojas.
3- Las raíces absorben agua y sales minerales (savia bruta) que llegan a las hojas a través del tallo.
4- El hidrógeno y el oxígeno del agua se combinan con el dióxido de carbono y originan glucosa y oxígeno. Este último se desprende hacia la atmósfera.
5- Las plantas aprovechan la glucosa como alimento y guardan una parte como reserva.

AUTOEVALUACION Nº 1

AUTOEVALUACION Nº 2
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RESPIRACION CELULAR

Los seres vivos necesitan de un consumo constante de energía, que las células emplean en forma de energía química. La respiración celular, proceso utilizado por la mayoría de las células animales y vegetales, es la degradación de biomoléculas (glucosa, lípidos, proteínas) para que se produzca la liberación de energía necesaria, y así el organismo pueda cumplir con sus funciones vitales. Mediante la degradación de la glucosa (glucólisis) se forma ácido pirúvico. Este ácido se desdobla a dióxido de carbono y agua, generándose 36 moléculas de ATP. La respiración celular es una parte del metabolismo, más precisamente del catabolismo, en la cual la energía presente en distintas biomoléculas es liberada de manera controlada. Durante la respiración, parte de esa energía es utilizada para sintetizar (fabricar) ATP, que a su vez es empleado en el mantenimiento y desarrollo del organismo (anabolismo). La respiración celular es un proceso mediante el cual las células de los organismos oxidan nutrientes de los alimentos para que liberen energía. Como resultado, el carbono presente en dichos nutrientes queda oxidado, es decir, se transforma en dióxido de carbono que es eliminado por medio de la respiración a la atmósfera. Para que se realice la respiración celular es fundamental la presencia de oxígeno (respiración aeróbica). Los animales lo toman de la atmósfera a través de órganos especializados (pulmones, branquias). Los vegetales lo hacen mediante un aparato denominado estomas, ubicados en las hojas y que será explicado más adelante. La respiración se efectúa durante las 24 horas. La cantidad de oxígeno que los vegetales absorben de la atmósfera a raíz del proceso respiratorio es menor que la que desprenden al efectuar la fotosíntesis, y el dióxido de carbono que desprenden también es menor a la cantidad que absorben.
Durante la noche, momento en que los vegetales no realizan la fotosíntesis, ocurre lo contrario. Mientras que la fotosíntesis provee los hidratos de carbono necesarios para las plantas, la respiración celular es el proceso donde la energía contenida en esos hidratos de carbono es liberada de manera controlada. En la respiración aeróbica, la degradación de glucosa comprende una serie de reacciones. Sin embargo, la ecuación química general se puede representar con la siguiente fórmula, inversa a la de la fotosíntesis:

La respiración celular se lleva a cabo dentro de las mitocondrias, pequeños organelos ubicados en el citoplasma de las células eucariotas. Estas estructuras, de forma oblonga y aplastada, procesan el oxígeno y convierten a los carbohidratos, ácidos grasos y proteínas de los alimentos en energía.

Mitocondria

La respiración celular puede dividirse en dos tipos, según sea la presencia de oxígeno.
-Respiración aerobia o aeróbica: hace uso del O2 como aceptor último de los electrones desprendidos de las sustancias orgánicas. Es la forma más extendida de respiración, propia de la mayoría de las bacterias y de los organismos eucariotas. Es por ello que a los seres que requieren de oxígeno se los llama aerobios.
-Respiración anaerobia o anaeróbica: no interviene el oxígeno, sino que se emplean otros aceptores finales de electrones, generalmente minerales. La respiración anaeróbica está presente en algunos organismos procariotas, en general habitantes de suelos y sedimentos, y de vital importancia en los ciclos biogeoquímicos de los elementos. Al no requerir de oxígeno se los denomina anaerobios. Algunas especies de bacterias, denominadas facultativas, se adaptan y sobreviven ante la presencia o ausencia de oxígeno en el medio que las rodea.
En párrafos anteriores se mencionó que los vegetales realizan el intercambio de gases a través de los estomas. Los estomas (del griego: “stoma” = boca) son dos grandes células oclusivas rodeadas de células acompañantes, que dan lugar a pequeños poros en las hojas de las plantas. Se localizan en ambas caras de la hoja, aunque en general hay mayor cantidad de estomas en la cara inferior (envés). La separación que se produce entre las dos células regula el tamaño total del poro. Por medio de los estomas se produce el intercambio gaseoso con el medio ambiente. El oxígeno y dióxido de carbono son intercambiados con la atmósfera a través de estos poros, permitiendo que se desarrollen los procesos de fotosíntesis y respiración de las plantas. Sin embargo, su apertura también provoca la pérdida de agua en forma de vapor, a través de un mecanismo denominado transpiración. Es por ello que la apertura o cierre de los estomas está cuidadosamente regulada por factores ambientales como la luz, la concentración de dióxido de carbono o la disponibilidad de agua para las plantas. Los estomas se abren cuando la intensidad de la luz aumenta, y se cierran cuando disminuye.

Fotografía de un estoma

Intercambio de gases en fotosíntesis y respiración vegetal

Diferencias entre fotosíntesis y respiración celular

Similitudes entre fotosíntesis y respiración celular

AUTOEVALUACION

CELULAS PROCARIOTAS

Las procariotas son células pequeñas y de estructura muy sencilla. Carecen de envoltura nuclear (carioteca), con lo cual el contenido del núcleo está diseminado en la zona central del citoplasma. Las procariotas constituyen microorganismos unicelulares de vida muy simple. Como ejemplos de este tipo están arqueobacterias, las bacterias y las algas verde azuladas llamadas cianobacterias. Estas últimas son fotosintéticas, ya que transforman la energía lumínica en energía química, almacenada en carbohidratos. Pueden vivir sobre las rocas, los suelos húmedos y las aguas dulces o saladas. Se supone que las cianobacterias fueron las que formaron el oxígeno que se liberó en la primitiva atmósfera terrestre. Las cianobacterias contienen pigmentos de color verde, la clorofila, de color rojo, la ficoeritrina y azul, la ficocianina.
Las bacterias son procariotas que tienen una longitud que oscila entre 1 y 10 micras. Todos sus componentes se encuentran libremente dentro del citoplasma, incluido el ácido desoxirribonucleico (ADN), que se pliega y se enrolla hasta formar el único cromosoma, estructura ubicada en una zona del citoplasma llamada “nucleoide”. Hay que recordar que la molécula de ADN está compuesta por unidades llamadas genes, estructuras con funciones codificadas para la elaboración de toda una proteína específica, o de una parte de ella.
Las procariotas poseen un citoesqueleto que se involucra en la protección, la forma y la división celular. Pueden tener formas redondeadas, espiraladas o de bastón. La parte más externa presenta una pared celular compuesta por mureína, sustancia lipoproteica que le da la forma a la célula. La pared celular está rodeada de poros y protege a las procariotas de agresiones externas. La pared no es selectiva, ya que permite la entrada de agua, oxígeno y sustancias vitales, como así también la salida de sustancias celulares de desecho. Hay bacterias que poseen una membrana externa lipídica que rodea a la pared celular.
Para clasificar los distintos tipos de bacterias se utiliza una técnica llamada tinción de Gram, que consiste en colorearlas para observar como reaccionan las pareces celulares al colorante. Aquellas que se tiñen de color azul o violeta se denominan bacterias Gram positivas, ya que sus gruesas paredes de mureína retienen el colorante. Las bacterias que no se tiñen son Gram negativas, y se caracterizan por tener una doble membrana lipídica con una fina pared celular entre ambas.

Existe un grupo de bacterias del género Mycoplasma que poseen una rígida membrana plasmática y carecen de pared celular. Son agentes patógenos de aves y mamíferos responsables de la tuberculosis.
En algunas procariotas, como ciertas bacterias, la pared celular está rodeada por una cápsula de naturaleza gelatinosa que les permite adherirse a diversos tejidos animales, piezas dentales, partes de algunos vegetales como las raíces, a las rocas, etc. La cápsula, asociada con la capacidad de infección de muchas bacterias, actúa como un mecanismo de resistencia al dificultar la fagocitosis de los glóbulos blancos. Bacteria encapsulada.
Luego de la pared se encuentra la membrana plasmática, estructura lipoproteica con permeabilidad selectiva, puesto que regula qué sustancias entran y salen de la célula, separando activamente el contenido celular de los fluidos que la rodean. Es así que aquellas moléculas como el agua, el oxígeno o el dióxido de carbono, que son de pequeño tamaño molecular, pueden difundir libremente de y hacia la célula, mientras que las macromoléculas como los hidratos de carbono o los aminoácidos lo hacen de manera regulada mediante proteínas especializadas que transportan a dichas sustancias por todo el espesor de la membrana plasmática.
Los mesosomas presentes en las procariotas son invaginaciones de la membrana plasmática hacia el interior del citoplasma que actúan en los procesos metabólicos de la célula, como la síntesis de ATP y de pigmentos fotosintéticos en procariotas autótrofos. Se supone que también intervienen en la separación del nucleoide en el momento de la división celular.
Las células procariotas poseen ARN y ribosomas, que tienen por función la síntesis de proteínas. Los ribosomas, que carecen de membranas, elaboran miles de proteínas mediante instrucciones codificadas del ADN y aportan las enzimas necesarias para las diversas reacciones bioquímicas que desarrolla la célula.

La reproducción es un mecanismo por el cual las células se dividen para multiplicarse. Las procariotas se reproducen en forma asexual por fisión binaria (del latín fissus = partir, y binarius = de dos en dos), donde el único cromosoma (ADN) se duplica cerca de la membrana plasmática adherido a un punto de unión. Luego se separan y se dirigen a distintos lugares de la membrana plasmática. Más tarde se forma un tabique transversal en la parte media de la célula que se invagina y divide el citoplasma hasta formarse dos células hijas, idénticas a la célula de origen. En bacterias que forman cocos múltiples, las células permanecen sin separarse formando largas cadenas o racimos.

Para el desplazamiento, la mayor parte de las procariotas utilizan prolongaciones denominadas flagelos, que se unen a la pared o a la membrana plasmática. Los flagelos están formados por una proteína llamada flagelina. Tienen forma helicoidal y se mueven por rotación a partir de un cuerpo basal adosado a la pared.

Esquema de una célula procariota (bacteria)

Hay procariotas que segregan sustancias protectoras, a manera de coraza, cuando las condiciones ambientales son desfavorables. Aumentos de temperatura, escasa humedad o presencia de oxígeno (en anaerobios) son factores que hacen que ciertas células se protejan mediante una dura y resistente capa a la espera de que las condiciones sean más apropiadas, para así romper la cubierta y poder relacionarse con el medio que las rodea.
La clasificación taxonómica de las células procariotas incluye dos Dominios: Bacteria y Archaea. Las bacterias y las cianobacterias pertenecen al dominio Bacteria, mientras que las arqueobacterias, que son los microorganismos más antiguos del planeta, están incluidas en el dominio Archaea.
Las arqueobacterias tienen un tamaño de 0,5 a 5 micras y se reproducen por fisión binaria. Adoptan formas de cocos, bastones o espirilos, aunque también pueden ser pleomórficas e irregulares. Se diferencian de las bacterias por carecer de mureína en la pared celular y por presentar diferentes tipos de lípidos en la membrana plasmática. Además, residen en hábitats extremos como aguas con alto contenido salino, fuentes termales y áreas de petróleo caliente. Por esa razón a las arqueobacterias se la llama extremófilas.
De acuerdos a sus hábitos de vida se diferencian las arqueobacterias termófilas, metanogénicas y halófilas. Las termófilas requieren de sulfuros y se desarrollan a temperaturas de 80-100º C en medios muy ácidos. Las hay aerobias y anaerobias. Habitan en zonas muy calientes como áreas volcánicas, géiseres y manantiales.
Las metanogénicas utilizan en su metabolismo el hidrógeno y el carbono como fuente de energía. Son microorganismos anaerobios por excelencia. Producen gas metano que al acumularse en el ambiente sirve como fuente natural de gas industrial. Las metanogénicas habitan en el intestino de los animales y en el estómago de los rumiantes.
Las arqueobactrerias halófitas son aerobias y viven en ambientes acuáticos con alto contenido salino, de hasta un 25% de cloruro de sodio.
En síntesis, dentro de los ecosistemas las procariotas establecen relaciones con lo seres vivos, ya sea favorables como en las simbiosis o perjudiciales como en el parasitismo. No obstante, son de suma importancia por su papel en la descomposición de la materia orgánica en inorgánica como así también en los ciclos biogeoquímicos, en especial en el ciclo del carbono y del nitrógeno.

CELULAS EUCARIOTAS

La célula (del latín: cellula, diminutivo de “cella” = hueco) es la unidad anatómica y funcional de los seres vivientes, con capacidad para crecer, vincularse con el medio externo, reproducirse y transmitir información a su descendencia. La célula es una unidad anatómica ya que los organismos están constituidos por células, ya sea por una sola o por millones de ellas. Es una unidad funcional porque las células cumplen objetivos vitales específicos que son imprescindibles para poder sobrevivir. Las células son estructuras complejas que crecen, respiran, se alimentan, se relacionan, se reproducen y eliminan sus desechos por sí solas.

POSTULADOS DE LA TEORIA CELULAR
En 1665, Robert Hooke propuso el nombre de “célula” a los compartimientos observados con el microscopio en un trozo de corcho. Pocos años después, Anton van Leeuwenhoek pudo descubrir las características de los glóbulos rojos, de los espermatozoides y de diversos microorganismos presentes en aguas estancadas.
Theodor Schwann, en 1839, postuló el primer principio de la teoría celular, al señalar que todos los seres vivos están formados por células. Diez años más tarde, Rudolf Virchow propuso el segundo principio, al sostener que todas las células provienen de otras células. El concepto moderno de teoría celular se puede resumir en los siguientes postulados:

1-Todo ser vivo está formado por una o más células.
2- La célula es lo más pequeño que tiene vida propia, ya que todas las reacciones químicas de los organismos suceden en su interior.
3- Toda célula procede de otra célula preexistente.
4- El material hereditario se transfiere de la célula madre a las hijas.

Cada célula es un sistema abierto que intercambia materia y energía con el medio que la rodea. En una célula es posible que se realicen todas las funciones vitales, de modo que basta una sola célula para que exista un ser vivo. En consecuencia, es posible afirmar que la célula es la unidad fisiológica, la mínima expresión de vida.
El tamaño de las células es muy pequeño, imposible de ver a simple vista. Para poder medirlas se utiliza la micra (micrón), que equivale a la milésima parte de un milímetro y se simboliza con la letra griega μ (mu). Si tenemos en cuenta que el diámetro de un glóbulo rojo tiene una longitud aproximada de 7 μ, en un milímetro podrían ordenarse, uno al lado del otro, alrededor de 143 glóbulos.
Hay células de tamaños muy variados, con menos de un micrón como algunas bacterias y con longitudes de varios centímetros como las neuronas, células nerviosas con largas y delgadas prolongaciones llamadas axones. En general, se admite que el promedio de las células animales se ubica entre 10 y 20 µ, mientras que las vegetales son de alrededor de 20 a 35 µ. La forma que adoptan las células tiene que ver con la función que realizan. Las hay redondeadas, oblongas, cilíndricas, poliédricas, estrelladas, etc.
A diferencia de las procariotas, las células eucariotas poseen una membrana nuclear que encierra a un núcleo, en cuyo interior se localiza el material genético. Además, dentro del citoplasma tienen numerosos organoides (organelas) que cumplen funciones específicas. Las eucariotas son células evolucionadas y de estructura más compleja que las procariotas. Los protozoos (microorganismos formados por una sola célula), los metazoos (animales multicelulares) y los vegetales están constituidos por células eucariotas. Por lo tanto, las eucariotas dan origen a organismos uni y pluricelulares, y están presentes en la mayoría de los animales y vegetales. Igual que casi todas las células procariotas bacterianas, las células eucariotas de los vegetales poseen una gruesa pared externa compuesta de polisacáridos, específicamente de celulosa en el caso de los vegetales superiores. Esta pared, que es externa a la membrana plasmática, está en contacto íntimo con otras células. Brinda protección y es responsable de la forma que adoptan las células. Las eucariotas de animales no poseen pared celular, siendo la membrana plasmática la que limita el espacio extracelular con el intracelular.

Diferencias entre procariotas y eucariotas

En general, las eucariotas tienen un tamaño diez veces más grandes que las procariotas. Las células eucariotas se estudian dentro de dos grandes grupos: eucariotas animales y eucariotas vegetales. Ambos tipos de células poseen una membrana celular y una membrana nuclear. Dentro del citoplasma hay organelas diferenciadas para cumplir funciones específicas, como mitocondrias, retículos endoplasmáticos liso y granular, aparato de Golgi, lisosomas, ribosomas, centríolos, vacuolas, microtúbulos y microfilamentos. Para estudiar las diferencias entre las células animales y vegetales, como así también las características de los distintos organoides, consultar células eucariotas.

ESTRUCTURA DE LAS EUCARIOTAS
MEMBRANA PLASMATICA
Es el límite externo de la célula, que le da protección y actúa como una barrera selectiva entre el líquido del espacio extracelular y el citoplasma. La composición de la membrana plasmática incluye alrededor de un 40 % de lípidos y 50 % proteínas, junto a pequeñas cantidades de hidratos de carbono, cerca del 10 %, unidas a las dos anteriores. Los lípidos están representados por una doble capa de fosfolípidos y por otros lípidos como el colesterol, este último solo en eucariotas animales. La formación de la bicapa se debe a que los fosfolípidos son anfipáticos, es decir, cada molécula posee una región hidrofílica, soluble en agua, y una región hidrofóbica que repele el agua. Las cabezas hidrofílicas se orientan hacia el citoplasma y hacia el medio extracelular, mientras que las colas hidrófobas lo hacen hacia el interior de la membrana. Del total de lípidos que conforman la membrana plasmática, cerca del 75 % son fosfolípidos, mientras que el 20 % corresponden a moléculas de colesterol. Estos últimos brindan mayor fortaleza a la membrana y la hacen menos deformable. Además, el colesterol disminuye la permeabilidad de la bicapa a pequeñas moléculas hidrosolubles. El 5 % restante de los lípidos de membrana son los glucolípidos, elementos unidos a los lípidos con características anfipáticas que se orientan hacia el área extracelular. Los glucolípidos contribuyen a mantener la adhesión de células y tejidos.

Membrana plasmática

Dentro del 50 % de las proteínas que conforman la membrana plasmática hay diferentes tipos. Las denominadas proteínas integrales se unen fuertemente a los lípidos y atraviesan la doble capa. La mayor parte de las proteínas integrales son glucoproteínas, donde el monosacárido se orienta al medio extracelular. Las proteínas periféricas se asocian débilmente a los lípidos y se ubican a uno u otro lado de la membrana, sin atravesarla, en contacto con las cabezas hidrófilas de los fosfolípidos.

Esquema de un sector de la membrana plasmática

Las proteínas de la membrana plasmática tienen funciones de comunicación, de unión a receptores moleculares, de transporte, de acción enzimática, de anclaje de filamentos del citoesqueleto y de identidad celular, entre otros. Es así que las proteínas de la membrana plasmática:
- Establecen canales a manera de poros por donde entran y salen sustancias de la célula, siendo las proteínas integrales las encargadas de esa misión.
- Reconocen y se unen a receptores de ciertas moléculas que sean importantes para la célula, como nutrientes, hormonas, neurotransmisores, etc. Esta función también la realizan las proteínas integrales.
- Transportan sustancias a través de la membrana plasmática.
- Poseen acción enzimática en la superficie de la membrana, catalizando reacciones bioquímicas. De esta función se encargan las proteínas integrales y periféricas
- Fijan los filamentos del citoesqueleto celular, a cargo de ambos tipos de proteínas.
- Regulan la identidad celular por medio de las glucoproteínas y glucolípidos, haciendo posible identificar a las células que provienen de otros organismos, como sucede en las transfusiones de sangre. Los glóbulos rojos, al presentar marcadores del tipo A, B, AB y O permiten identificar sangres compatibles. Es decir, la determinación del tipo de sangre en humanos se relaciona con la clase de glucolípidos existente en la superficie de los eritrocitos. Las porciones hidrocarbonadas de las glucoproteínas y los glucolípidos forman el glucocálix, que actúa como una capa protectora.
Las membranas de los distintos organoides del citoplasma son las encargadas de mantener las diferentes concentraciones de sustancias que hay en el interior de las estructuras y en el citosol. El grosor aproximado de la membrana plasmática es de 70 - 80 Å (angstrom). Un ángstrom es igual a la diez millonésima parte de un milímetro (1 Å = 0,0000001 mm).
La membrana plasmática se une a las membranas plasmáticas de las células vecinas mediante estructuras engrosadas llamadas desmosomas. De función mecánica, los desmosomas mantienen a las células bien ligadas entre sí, por medio de filamentos proteicos anclados al citoesqueleto. Estos parches son abundantes en el tejido epitelial y en el músculo cardíaco, áreas sujetas a una importante tensión mecánica.

Así actúan los desmosomas.

CITOPLASMA
Es la parte de la célula que se ubica entre la membrana plasmática y la membrana nuclear. Está constituido por 85 % de agua y un 15 % de proteínas, aminoácidos, sales y minerales. En el citoplasma se realizan la mayoría de las reacciones metabólicas de la célula.
La porción del citoplasma sin estructura y que forma la parte fluida se denomina hialoplasma o citosol, lugar donde están las moléculas necesarias para el mantenimiento de la célula. Vale decir que el hialoplasma es el medio interno líquido de todas las estructuras celulares.
El citoesqueleto es una serie de filamentos proteicos responsable de la forma celular y de facilitar el movimiento de los organoides. Actúa como una conexión entre las distintas partes de la célula. El citoesqueleto se destruye y se vuelve a reconstruir, por lo que no es una estructura permanente de la célula. Se forma a partir de tres componentes proteicos: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios.
- Microtúbulos: son los componentes más importantes del citoesqueleto, compuestos por una proteína denominada “tubulina”. De consistencia rígida, son los responsables de la formación de estructuras como los centríolos y órganos de locomoción, como los cilios y los flagelos. Los microtúbulos irradian desde el centrosoma.
- Microfilamentos: se disponen cerca de la membrana plasmática y están asociados al movimiento de la célula. Están formados por dos tipos de proteínas, la “actina” y la “miosina”. Los microfilamentos están muy desarrollados en células musculares estriadas (músculos voluntarios). La superposición de microfilamentos de actina y miosina permiten la contracción muscular.
- Filamentos intermedios: están formados por varios tipos de proteínas. Se extienden por todo el citoplasma y abundan en aquellas células que soportan mucha tensión, por lo que son resistentes y evitan la destrucción celular.


Dentro del citoplasma, existen organelas con distintas funciones, que están presentes tanto en eucariotas animales como vegetales y que se detallan a continuación.

MITOCONDRIAS
Las mitocondrias son organelas que presentan doble membrana, una externa en contacto con el citoplasma y otra interna, hacia la matriz mitocondrial. Dicha matriz está compuesta por agua y proteínas. Las mitocondrias, de forma oval y alargada, son consideradas como las “usinas eléctricas” de las células. Son las encargadas de producir y almacenar energía en forma de ATP a partir de la glucosa, lípidos y demás nutrientes. Mediante la respiración celular, proceso que consume oxígeno y libera dióxido de carbono, se produce energía que se acumula en el ATP. Toda vez que en algún lugar de la célula se necesita aporte energético, por ejemplo para transportar sustancias a través de la membrana plasmática, la división celular, reciclado de desechos, etc., el ATP se descompone y se libera.
Las mitocondrias poseen ADN en su interior, un ARN propio y ribosomas. Las mitocondrias ocupan un lugar importante dentro del citoplasma. Algunas células del organismo con una actividad energética importante, como las hepáticas y las musculares, poseen gran cantidad de mitocondrias por cada célula.

RETICULO ENDOPLASMÁTICO
Esta estructura es un sistema de membranas que se dispone formando una red de sacos aplanados, donde contiene túbulos que se conectan entre sí formando una lámina continua que da lugar a un lumen. Las membranas del retículo endoplásmico separan dicho lumen del citoplasma, y actúan en la transferencia selectiva de moléculas entre ambos compartimientos. Todas las membranas del retículo endoplasmático equivalen a la mitad de las membranas totales que hay en cada célula. Además, es el lugar donde se producen todas las proteínas y los lípidos que forman las membranas del propio retículo, del complejo de Golgi, de los lisosomas y de la membrana plasmática.
El retículo endoplásmico adopta dos variedades: una forma granular o rugosa y otra agranular o lisa. El retículo endoplasmático granular está unido a la membrana nuclear externa, mientras que el retículo endoplasmático agranular es una prolongación del retículo endoplasmático rugoso.
Son funciones del retículo la síntesis de proteínas, de lípidos, el transporte intracelular de sustancias y la detoxificación de la célula. Las sustancias sintetizadas son almacenadas y luego transportadas a su destino celular. La detoxificación de sustancias como fármacos, drogas y desechos celulares es de gran importancia en las células del hígado.


a) Retículo endoplasmático granular (REG)
Presenta numerosas protuberancias, debido a una gran cantidad de ribosomas unidos a la membrana. Tiene por función la detoxificación celular y la síntesis de proteínas que serán utilizadas por las membranas, por otras organelas o para ser enviadas fuera de la célula. Estas membranas forman un espacio interno (luz del retículo) que lo separan del citoplasma, condicionando la transferencia selectiva de moléculas entre ambos compartimientos.
El REG tiene gran desarrollo en células del hígado y del páncreas, debido a una intensa labor detoxificante y de síntesis. También en los glóbulos blancos, ya que producen y secretan anticuerpos (proteínas) para ser exportadas a todo el organismo.

b) Retículo endoplasmático agranular (REA)
Su apariencia “lisa” se debe a la carencia de ribosomas. Dentro del REA están las enzimas necesarias para la síntesis de lípidos (triglicéridos, fosfolípidos y esteroides) y enzimas necesarias para la detoxificación de alcoholes y otras sustancias. El REA es importante de células del testículo y del ovario para la síntesis de hormonas esteroides, como también en los hepatocitos para detoxificar sustancias nocivas.

COMPLEJO DE GOLGI
Es un organoide con 5 a 10 sacos aplanados membranosos de forma discoide denominados dictiosomas. Estos dictiosomas se conectan entre sí y contienen fluidos en su interior. Poseen una cara cóncava y otra convexa. La parte cóncava (cara cis o de formación), próxima al retículo endoplásmico, recibe de este último las proteínas sintetizadas en el área rugosa (granular). Esas proteínas son transportadas en vesículas de transición hasta la mencionada cara cis del complejo de Golgi. La parte convexa del dictiosoma (cara trans o de maduración) es la más cercana a la membrana plasmática y formadora de vesículas de secreción. En síntesis, las vesículas de transición que llegan del retículo endoplásmico penetran en la cara cis del complejo de Golgi, atraviesan todos los sáculos o dictiosomas y llegan al trans-Golgi. Aquí son empaquetadas para luego dirigirse a la membrana plasmática para vaciar su contenido fuera de la célula por exocitosis.
El complejo de Golgi secreta sustancias tales como enzimas digestivas, hormonas y sustancias que se transforman en glucoproteínas para la formación de la pared celular. Algunas enzimas permanecen dentro de vesículas membranosas, los lisosomas, capaces de degradar moléculas complejas. El complejo de Golgi se encuentra en todas las células eucariotas, a excepción de las epidérmicas y de los glóbulos rojos.

En resumen, las funciones del complejo de Golgi son:
-Síntesis de polisacáridos para la pared celular.
-Formación de glucoproteínas y glucolípidos de secreción. (glicosilación de prótidos y lípidos).
-Formación de lisosomas que permanecen en el citoplasma.
-Empaquetamiento, dentro de vesículas, de sustancias de secreción como proteínas. - Transporte intracelular de sustancias.

Complejo de Golgi y su relación con el retículo endoplásmico

RIBOSOMAS
Son organelas muy pequeñas de alrededor de 20 nanómetros de diámetro, visibles al microscopio electrónico. Un nanómetro es la millonésima parte del milímetro (1 nm = 0,000001 mm).
Los ribosomas están formados por ácido ribonucleico ribosómico (ARNr) y proteínas. Existen varios millones de estas estructuras en cada célula. Los ribosomas se componen de dos subunidades: una mayor, que se encarga de formar las uniones de aminoácidos que darán lugar a las proteínas, y otra menor que reconoce a los ARN mensajeros (ARNm) y a los ARN de transferencia (ARNt) . En eucariotas, las dos subunidades mencionadas se sintetizan en el nucléolo. Las moléculas de ARN mensajero llevan la información que llega desde el ADN de cómo se distribuirán los aminoácidos para la elaboración de una determinada proteína. El ARN de transferencia transporta los aminoácidos apropiados hacia los ribosomas para que se incorporen a las proteínas.

Hay ribosomas que permanecen libres en el citoplasma, fuera del retículo endoplásmico, cuya misión es sintetizar proteínas que permanecen dentro de las células. Los ribosomas de células procariotas y eucariotas tienen la misma forma y función. Se sintetizan dentro del núcleo celular, más precisamente en el nucléolo.

NUCLEO
Esta la organela, que ocupa la parte central de la célula, actúa como centro de control de casi toda la actividad hereditaria. Está delimitado por dos membranas concéntricas, la carioteca o envoltura nuclear, donde se distinguen una membrana externa que contacta con el citoplasma y otra interna. Sobre esta última, hay una delgada capa de filamentos proteicos, la lámina nuclear, que actúa fijando a los cromosomas cuando la célula se divide.
La carioteca, que se conecta de manera directa con el retículo endoplásmico, posee numerosos orificios o poros por donde salen hacia el citoplasma moléculas de ARN mensajero que serán leídas por los ribosomas, proteínas y ARN ribosómico, precursor de los ribosomas. Las sustancias que ingresan por los poros del citoplasma al núcleo son proteínas sintetizadas por los ribosomas citoplasmáticos. Los poros nucleares regulan en forma selectiva el pasaje de sustancias. Una de las funciones de la carioteca es proteger al ADN intranuclear de las distintas reacciones que se producen en el citoplasma.
El jugo nuclear es una sustancia que llena todo el núcleo, formada por una solución coloidal que contiene agua, carbohidratos, enzimas y ATP, entre otros.
Dentro del núcleo y en íntimo contacto con el jugo nuclear se encuentra la cromatina, que son filamentos muy largos y numerosos de ADN que se enrollan a moléculas de proteínas especiales llamadas “histonas”. Toda vez que una célula inicia su división, los filamentos de ADN se pliegan entre sí dando lugar a la formación de cromosomas.
Otra formación presente dentro del núcleo es el nucléolo, pequeña estructura de forma redondeada y sin membranas. Cuando las células comienzan a reproducirse (mitosis) el nucléolo desaparece, haciéndose nuevamente visible al final de la mitosis. El nucléolo contiene ADN ribosómico, fundamental para el proceso de fabricación de ARN (transcripción), que ha de sintetizar los ribosomas del citoplasma. Se ha comprobado que el nucléolo actúa como un regulador del ciclo celular.

Dentro de las importantes funciones que tiene el núcleo sobresale la de ejercer el control de todas las actividades de la célula. Además, interviene en la replicación y transcripción de los ácidos nucleicos y en la transferencia de la información genética a las células hijas durante la división celular.


I- ESTRUCTURAS DE EUCARIOTAS ANIMALES
Las células eucariotas animales tienen estructuras exclusivas, como el centrosoma, los lisosomas y los cilios y flagelos. Además, se diferencian de las eucariotas vegetales por ser heterótrofas, por carecer de pared celular y de plástidos, estos últimos fundamentales para que los vegetales verdes puedan fotosintetizar.

LISOSOMAS
Los lisosomas se originan en los dictiosomas (sacos aplanados) del aparato de Golgi, y en ocasiones a partir de vesículas en algunas regiones del retículo endoplasmático granular. Son organelas pequeñas, esféricas y semejantes a vacuolas. Limitadas por una sola membrana, contienen en su interior poderosas enzimas encargadas de digerir sustancias que ingresan a las células (lisosomas digestivos), con lo cual se comportan como un sistema digestivo celular. Por otra parte, los lisosomas pueden degradar desechos celulares, lípidos y proteínas (lisosomas autofágicos) que son liberados a través de la membrana plasmática.

Mecanismo de acción de los lisosomas

CENTROSOMA
Ocupa un área del citoplasma situada casi siempre muy cerca del núcleo. Regula los movimientos celulares de cilios y flagelos y tiene un rol fundamental en la división celular. El centrosoma está formado por el diplosoma, la centrosfera y el áster. En su interior está el diplosoma, que son dos cilindros huecos cuyas paredes están formadas por unidades de proteína (figura de la izquierda). Esos cilindros son los centríolos, que carecen de membranas y se ubican de manera perpendicular entre sí. Cada célula posee dos centríolos, cuya función es intervenir en la división celular y posibilitar la transferencia de material genético entre las células hijas. Por cada centríolo hay nueve grupos de tres microtúbulos cada uno, dispuestos en forma cilíndrica. Los centríolos se hacen visibles toda vez que la célula se divide para reproducirse. La centrosfera es una sustancia traslúcida donde se ubica el diplosoma. El áster es el conjunto de filamentos radiales que parten de la centrosfera, fundamentales en el proceso de la mitosis.

CILIOS Y FLAGELOS
Son proyecciones del citoesqueleto limitadas por una membrana que es continuación de la membrana plasmática. Son estructuras similares y permanentes. Los flagelos se caracterizan por ser largos y escasos. Los cilios por ser cortos y numerosos. Dentro del citoplasma, ambos están formados por un anillo representado por nueve pares de microtúbulos que rodean a un par ubicado en el centro, todo cubierto por la membrana plasmática. Muchas eucariotas, igual que las procariotas bacterianas, utilizan estas estructuras para la locomoción. Son ejemplos el flagelo (cola) de los espermatozoides y los cilios del paramecio.

Los cilios (del latín “pestaña”) son prolongaciones muy finas de la membrana plasmática a modo de “dedo de guante”, con un contenido que es continuación del citoplasma. De diámetro uniforme en toda su longitud, rodean total o parcialmente el contorno de las células. Los cilios producen vibraciones sincronizadas que permiten el movimiento de la célula. El Paramecio es un ejemplo de microorganismo ciliado, con cerca de 200 cilios en cada individuo. Los cilios de las células del tracto respiratorio tienen la misión de capturar las partículas del aire.

Los flagelos son apéndices en forma de látigo presente en muchos organismos unicelulares, como el Trypanosoma sp. (foto de la izquierda) y en algunos pluricelulares, como los espermatozoides. El flagelo es utilizado para la movilidad celular en medios líquidos, igual que los cilios. También poseen un diámetro uniforme en toda su longitud, aunque algo mayor. Son más largos y menos numerosos que los cilios, ya que algunas células tienen tan solo uno o dos flagelos. El flagelo de las eucariotas se desplaza como si fuera un látigo, mientras que en las procariotas el movimiento es rotatorio a manera de sacacorcho.

Esquema de una célula eucariota animal

II- ESTRUCTURAS DE EUCARIOTAS VEGETALES
A pesar que las eucariotas vegetales tienen casi los mismos elementos que las eucariotas animales, hay estructuras que son propias como la pared celular y los plástidos.

PARED CELULAR
Es una típica estructura de eucariotas vegetales y fúngicas. Se ubica en la parte externa de la membrana plasmática, en contacto con células adyacentes. Es de consistencia gruesa y rígida, formada principalmente por celulosa. Cumple una función similar al esqueleto de los animales superiores, ya que le da firmeza a la planta posibilitando que se mantenga erguida. Además, interviene en diversos procesos como la absorción, secreción, transpiración y defensa contra agentes patógenos. La pared está perforada por pequeños poros denominados plasmodesmas. Estos plasmodesmas atraviesan la membrana plasmática y establecen una comunicación directa entre el citoplasma de las células adyacentes.
En la pared celular se diferencian tres estructuras, desde el exterior hacia la parte interna de la célula. Ellas son: una lámina media, una pared primaria y una pared secundaria, esta última en contacto con la membrana plasmática y subdividida en tres capas. La celulosa de las paredes celulares protege a las células adyacentes de la desecación. Gran parte de la corteza y de la madera de los árboles está formada de pared celular.

PLASTIDOS
Tal como las mitocondrias, los plástidos son organelas con doble membrana, responsables de los diferentes colores que tienen las plantas. Dentro de los plástidos, también llamados “plastos”, se distinguen los cloroplastos, los cromoplastos y los leucoplastos. Los cloroplastos contienen clorofila, que se encarga de captar la energía lumínica y transformarla en energía química. De esa forma, el vegetal realiza la fotosíntesis, reacción que tiene lugar en los tilacoides, sacos o vesículas aplanadas que están inmersos en una solución llamada estroma en el interior de los cloroplastos. En la membrana de los tilacoides se ubica la clorofila, carotenos y xantinas. Pilas de tilacoides forman el grana de los cloroplastos. Los cloroplastos producen grande cantidades de ATP (adenosintrifosfato). Contienen ADN, un ARN propio y ribosomas.
Los cromoplastos fabrican y almacenan otros pigmentos que le dan color a los frutos, flores y hojas secas. Son ejemplos de esos pigmentos el caroteno (anaranjado) y la xantofila (amarillo). Los leucoplastos son plástidos de color blanquecino encargados de almacenar almidones (amiloplastos), lípidos y proteínas.

VACUOLAS
Son elementos en forma de saco que se originan a partir de provacuolas, pequeñas estructuras presentes en células jóvenes. A medida que la célula crece, estas diminutas estructuras absorben agua por ósmosis y se unen entre sí hasta formar una vacuola de gran tamaño que ocupa un considerable espacio del citoplasma. Las vacuolas tienen una membrana de permeabilidad selectiva que acumula agua, dando lugar al crecimiento de la célula y al mantenimiento de su turgencia. En su interior contiene sales, glúcidos, proteínas y demás nutrientes.
Las vacuolas también actúan en la remoción de elementos innecesarios. Mediante el proceso de exocitosis (movimiento de sustancias hacia fuera de la célula) las vacuolas se acercan y se adhieren a la membrana plasmática para eliminar desechos al exterior. Además, por endocitosis (movimiento de sustancias hacia dentro de la célula) pueden transportar al citoplasma moléculas que no difunden por la membrana celular. En este caso, esas moléculas se adhieren a la membrana plasmática y se produce una invaginación, formándose una vacuola.

Diferencias entre eucariotas animales y vegetales

Esquema de una célula eucariota vegetal

TRABAJO PRACTICO 1
TRABAJO PRACTICO 2
AUTOEVALUACION 1
AUTOEVALUACION 2

ANATOMIA CELULAR (Powerpoint)

ANATOMIA DE CELULAS PROCARIOTAS

ANATOMIA DE CELULAS EUCARIOTAS

FISIOLOGIA CELULAR

La Fisiología es una rama de las Ciencias Biológicas que estudia las funciones de los seres vivos. La célula realiza diversas funciones con el fin de poder alimentarse, crecer, reproducirse, sintetizar sustancias y relacionarse con el medio ambiente. Para lograr esos objetivos debe cumplir con tres importantes funciones: relación, nutrición y reproducción.

FUNCIÓN DE RELACIÓN

Las células responden a los estímulos que reciben del medio que las rodea. Las respuestas más comunes a estos estímulos son: contractilidad, conductibilidad, irritabilidad y movimiento o locomoción.

-CONTRACTILIDAD
Capacidad de las células para contraerse y cambiar de forma. Ejemplo: células musculares.

-CONDUCTIBILIDAD
Facultad que tienen algunas células, como las neuronas, de permitir el pasaje de una corriente eléctrica a través de sí.

-IRRITABILIDAD
Capacidad de las células para reaccionar ante estímulos externos y/o internos. Algunas células reaccionan ante cambios lumínicos, de temperatura, de presión, de humedad, de gravedad y ante variaciones en la acidez o alcalinidad del medio (pH). Un tropismo es la respuesta producida por un vegetal frente a un estímulo externo. El tropismo es positivo cuando la planta crece hacia el estímulo, y negativo si lo hace en dirección contraria. Al crecer, la planta se dirige hacia la luz (fototropismo positivo) y se aleja de la tierra (geotropismo negativo). En los animales la irritabilidad se manifiesta a través de taxismos, que son movimientos direccionados frente a un estímulo. El taxismo es positivo o negativo si el movimiento se acerca o se aleja del estímulo, respectivamente.
Los organismos unicelulares presentan fototaxismos en relación a la luz, quimiotaxismos en relación a sustancias químicas y geotaxismos en relación a la gravedad. En individuos pluricelulares existen células que se encargan de detectar determinados estímulos. Las respuestas obtenidas son más complejas y dependen del grado de complejidad del animal. Cuanto más complejo es el individuo más elaborada será su respuesta. Cuando un vertebrado se enfrenta a una situación de estrés o peligro produce una sustancia llamada adrenalina. La adrenalina llega hasta receptores específicos en las células musculares que responden estimulando una serie de reacciones metabólicas que producen la oxidación o ruptura de la molécula de glucógeno y finalmente de glucosa, con lo cual el individuo obtiene la energía necesaria para realizar la contracción muscular y poder huir o reaccionar rápidamente.

-MOVIMIENTO O LOCOMOCIÓN
Algunas células pueden moverse mediante contracción, pseudópodos, cilios y flagelos.
Contracción: muchos organismos unicelulares poseen la capacidad de trasladarse de un lugar a otro mediante simples contracciones de la célula, como Plasmodium sp.
Pseudópodos: son proyecciones de la membrana plasmática. La célula ejerce desplazamientos ameboides producidos por movimientos del citoplasma, como los glóbulos blancos y las amebas. Estos pseudópodos también son utilizados por organismos unicelulares para alimentarse, rodeando a las partículas hasta encerrarlas en una vacuola.
Cilios y flagelos: son movimientos vibrátiles utilizados por células que tienen cilios (Paramecio) y flagelos (espermatozoides, Trypanosoma). Estas estructuras permiten la locomoción en medios líquidos. Los cilios y flagelos son proyecciones del citoesqueleto limitadas por una membrana que es continuación de la membrana plasmática. Los cilios adoptan vibraciones sincronizadas que permiten el movimiento de la célula. El flagelo adopta movimientos ondulatorios y giratorios.

Funciones de relación

FUNCIÓN DE NUTRICIÓN

Permite a la célula obtener, trasformar y aprovechar los alimentos suministrados por el medio, y posteriormente obtener la energía necesaria para poder realizar las demás funciones.
No todos los seres vivos obtienen los nutrientes de la misma forma. Hay dos tipos de nutrición: la autótrofa, realizada por las plantas verdes, el fitoplancton, las algas verde azuladas y algunas bacterias, capaces de producir sus propios nutrientes a través de la fotosíntesis y la heterótrofa, en organismos consumidores como los animales, hongos y protozoarios, que al no poder producir sus alimentos necesitan tomarlos de otros organismos. A todos estos procesos que transforman la energía de los alimentos en el “combustible” necesario para la vida se los conoce con el nombre de metabolismo. El metabolismo es la suma de todos los procesos químicos que suceden en los organismos vivos. Se divide en anabolismo, cuando las células convierten las sustancias simples en sustancias más complejas, y en catabolismo, cuando las sustancias complejas son convertidas en compuestos más simples mediante la degradación para producir energía. Los procesos anabólicos necesitan el aporte de energía, mientras que los catabólicos liberan la energía. Durante el crecimiento de animales y vegetales hay anabolismo positivo. En el envejecimiento existe catabolismo positivo. Las reacciones anabólicas y catabólicas están muy relacionadas y dependen unas de otras.
La nutrición celular incluye los procesos de respiración, absorción, secreción y excreción.

-RESPIRACIÓN
La respiración celular es un mecanismo mediante el cual las células de los organismos obtienen oxígeno del exterior y oxidan nutrientes de los alimentos para que liberen energía. Como resultado, el carbono presente en esos nutrientes (glucosa entre otros) queda oxidado, es decir, se transforma en agua y en dióxido de carbono que es eliminado hacia la atmósfera por medio de la respiración. La respiración celular tiene lugar dentro de las mitocondrias.

-ABSORCIÓN
Es el mecanismo por el cual las células absorben sustancias del medio externo (agua, gases, sales minerales, grandes moléculas) a través de la membrana plasmática, con el fin de utilizarlas para llevar a cabo las funciones metabólicas. Ese pasaje de moléculas pequeñas se realiza por transporte pasivo (sin gasto de energía) y por transporte activo (con gasto de energía). Las grandes moléculas ingresan a la célula por endocitosis y se expulsan por exocitosis.

TRANSPORTE PASIVO
Es el movimiento de sustancias desde un lugar donde están más concentradas a otro de menor concentración. El transporte pasivo está representado por la difusión simple, la difusión facilitada, la ósmosis y la diálisis.
-DIFUSIÓN SIMPLE: es la manera por la cual el oxígeno, el dióxido de carbono y pequeñas moléculas sin carga eléctrica atraviesan la membrana plasmática. La célula consume oxígeno, con lo cual entra por la membrana ya que hay mayor cantidad fuera de la célula que dentro de ella. Lo contrario ocurre con el dióxido de carbono, que sale por estar más concentrado en el citoplasma que fuera de él.
-DIFUSIÓN FACILITADA: mediante esta forma se realiza el pasaje de pequeñas moléculas con carga eléctrica, azúcares, aminoácidos y metabolitos de la célula, desde una zona de mayor concentración a otra de menor concentración. La difusión facilitada necesita de proteínas, llamadas proteínas de canal y transportadoras. Las proteínas de canal establecen canales a manera de poros llenos de agua, que cuando se abren dejan pasar sustancias a la célula. Las proteínas transportadoras presentan cambios en su estructura para permitir que ingresen sustancias a la célula. En ambos casos, el transporte se establece a favor del gradiente de concentración, es decir, de mayor a menor concentración de sustancias.

-ÓSMOSIS: es el pasaje o difusión de un solvente (agua) a través de una membrana semipermeable mediante un gradiente de concentración. La membrana semipermeable permite el paso del agua de un sitio a otro pero no el de solutos, hasta que se igualan las concentraciones a ambos lados. Toda vez que la célula tenga en su interior una concentración de sustancias (solutos) mayor que la del medio externo, la célula está en una solución hipotónica. Por lo tanto, el agua ingresa a la célula y provoca que se agrande. Por el contrario, si la concentración de solutos es mayor en su ambiente externo la célula está en un medio hipertónico, hecho que provoca la salida de agua intracelular y la crenación o arrugamiento de la célula. Cuando la concentración de solutos es igual a ambos lados de la membrana, la célula está en un medio isotónico (igual tonicidad) y no hay difusión de agua. En la difusión simple, en la facilitada y en la ósmosis no hay gasto de energía.

-DIÁLISIS: cuando una membrana separa una sustancia con diferente concentración a ambos lados, el soluto (la sal en la figura de la izquierda) difunde desde el lugar de mayor concentración al de menor concentración, mientras que el agua lo hace desde el sitio donde está en mayor cantidad (solución diluida) hacia la de menor cantidad (solución concentrada de sal). Este proceso, denominado diálisis, se define como el pasaje de una sustancia disuelta a través de una membrana semipermeable a favor de un gradiente de concentración y sin gasto de energía.

TRANSPORTE ACTIVO
Es el pasaje de una sustancia a través de una membrana semipermeable desde una zona de menor concentración a otra de mayor concentración. Este pasaje necesita un aporte de energía en forma de ATP y de proteínas transportadoras que actúen como “bombas” para vencer ese gradiente. La bomba de sodio y potasio cumple un rol muy importante en la producción y transmisión de los impulsos nerviosos y en la contracción de las células musculares. El sodio tiene mayor concentración fuera de la célula y el potasio dentro de la misma. La proteína transmembrana “bombea” sodio expulsándolo fuera de la célula y lo propio hace con el potasio al interior de ella. Este mecanismo se produce en contra del gradiente de concentración gracias a la enzima ATPasa, que actúa sobre el ATP con el fin de obtener la energía necesaria para que las sustancias puedan atravesar la membrana celular.

La forma de actuar de la bomba de sodio y potasio es la siguiente:
1: tres iones de sodio (3 Na+) intracelulares se insertan en la proteína transportadora.
2: el ATP aporta un grupo fosfato (Pi) liberándose difosfato de adenosina (ADP). El grupo fosfato se une a la proteína, hecho que provoca cambios en el canal proteico.
3: esto produce la expulsión de los 3 Na+ fuera de la célula.
4: dos iones de potasio (2 K+) extracelulares se acoplan a la proteína de transporte.
5: el grupo fosfato se libera de la proteína induciendo a los 2 K+ a ingresar a la célula. A partir de ese momento, comienza una nueva etapa con la expulsión de otros tres iones de sodio.

La bomba de sodio y potasio controla el volumen de las eucariotas animales al regular el pasaje del sodio y del potasio. El gradiente generado produce un potencial eléctrico que aprovechan todas aquellas sustancias que debe atravesar la membrana plasmática en contra del gradiente de concentración.
A medida que sale sodio de la célula, el líquido extracelular adquiere un mayor potencial eléctrico positivo, lo que provoca atracción de iones negativos (cloro, bicarbonato) intracelulares. Al haber más iones de sodio y cloruros (Na+ y Cl-) en el medio extracelular, el agua tiende a salir de la célula por efecto de la ósmosis. De esta manera, la bomba de sodio y potasio controla el volumen celular.

ENDOCITOSIS
La célula utiliza la endocitosis para incorporar grandes moléculas. La membrana plasmática se invagina y rodea a las partículas. Luego se forman vesículas que transportan las sustancias al citoplasma. Hay tres formas de endocitosis: fagocitosis, pinocitosis y endocitosis mediada por receptor.
-FAGOCITOSIS: la célula absorbe grandes partículas mediante prolongaciones de la membrana plasmática (pseudópodos). Las partículas son encerradas en vesículas que luego se unen a los lisosomas (fagosomas). Estos digieren esas partículas y las transforman en sustancias más simples que se vuelcan al citoplasma para su utilización. Los glóbulos blancos utilizan la fagocitosis como método de defensa para eliminar cuerpos extraños, microorganismos y sustancias nocivas para el organismo. Las amebas, para alimentarse.
-PINOCITOSIS: es la forma en que la célula engloba líquidos extracelulares con nutrientes en suspensión como aminoácidos, glúcidos y ácidos grasos. La membrana proyecta finas prolongaciones que encierran la sustancia a incorporar. Ya en el citoplasma, se forman vesículas que más tarde se rompen y liberan el contenido. Las vesículas (ahora excretoras) mantienen los desechos en su interior para su posterior excreción. Para ello, se dirigen a la membrana plasmática, se fusionan con ella y eliminar el contenido fuera de la célula por exocitosis.
-ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTORES: es parecida a la pinocitosis, pero la membrana posee receptores para que la macromolécula a incorporar se una a los mismos. Luego se forma una vesícula, el endosoma, y en su interior se separan los receptores de la sustancia. Los receptores son devueltos a la membrana plasmática y la sustancia incorporada se fusiona a los lisosomas para ser degradada. Aunque la endocitosis mediada por receptores es una manera muy específica, puede ocurrir que sustancias extrañas utilicen a los receptores para ingresar a la célula, como sucede con el virus del sida con los receptores de algunos linfocitos.

EXOCITOSIS
Mecanismo por el cual las células vierten al medio externo las grandes moléculas elaboradas en el interior. Dentro de vesículas se trasladan hormonas, enzimas, etc. Cuando la vesícula contacta con la parte interna de la membrana plasmática vierte el contenido fuera de la célula.
La exocitosis es realizada por las células del páncreas y las neuronas, entre otras.

Mecanismos de transporte a través de la membrana plasmática

-SECRECIÓN
Proceso que realiza la célula para verter (segregar), a través de la membrana plasmática, sustancias útiles para el organismo como leche, hormonas o enzimas para la digestión. Existen dos tipos de secreción. Una de ellas es la secreción constitutiva, utilizada por todas las células y realizada en forma continua por las vesículas que proceden del complejo de Golgi. Dichas vesículas se fusionan con la membrana plasmática para descargar su contenido (lípidos, proteínas) sin señal previa. El otro tipo de secreción es la regulada, propia de las células secretoras de las glándulas, que necesitan una señal de algún mensajero químico para verter su contenido (una hormona o enzima). A diferencia de la anterior, la secreción regulada no se realiza de manera continua. Ambos tipos de secreción vierten su contenido al medio extracelular por exocitosis.
Los órganos encargados de las diversas secreciones son las glándulas. Estas glándulas pueden ser endócrinas si segregan sustancias hacia la sangre, como las hormonas. Un ejemplo de este tipo es el páncreas. Cuando vierten su contenido hacia cavidades del organismo o hacia el exterior, las glándulas se denominan exócrinas. Son ejemplos las glándulas salivales, la glándula mamaria, las sudoríparas, etc. Además de ser endócrino, el páncreas es una glándula de secreción exócrina, ya que además de hormonas que van hacia la sangre como la insulina, elabora enzimas digestivas (tripsina, amilasa) vertidas en el intestino delgado. Es así que el páncreas es considerado como una glándula de secreción mixta.
Los vegetales también segregan sales y aceites a través de glándulas. Los nectarios son glándulas secretoras de néctar que se ubican en las flores (nectario floral) o en otra parte de la planta (nectario extrafloral).

-EXCRECIÓN
Es la eliminación de sustancias de desecho del metabolismo celular hacia el exterior. La célula excreta desechos por transporte pasivo (dióxido de carbono), transporte activo y exocitosis.

FUNCIÓN DE REPRODUCCIÓN

El desarrollo sobre reproducción celular se explica AQUÍ

BOMBA DE SODIO Y POTASIO

En todas las células de los organismos superiores hay mayor cantidad de sodio extracelular que intracelular, siendo la relación aproximada de 142 a 14 miliequivalentes por litro (mEq/L), respectivamente. El miliequivalente es una medida de cantidad de materia que aporta cargas eléctricas tanto positivas como negativas. Respecto del potasio ocurre lo contrario, puesto que hay 140 mEq/L en el interior de la célula y solo 4 mEq/L por fuera.
La bomba de sodio y potasio es una proteína presente en todas las membranas plasmáticas de las células, cuyo objetivo es eliminar sodio de la célula e introducir potasio en el citoplasma. Ese intercambio permite mantener, a través de la membrana, las diferentes concentraciones entre ambos cationes. La proteína transmembrana “bombea” tres cationes de sodio expulsándolos fuera de la célula y lo propio hace con dos cationes de potasio al interior de ella. De esa forma se genera un potencial eléctrico negativo intracelular. Este mecanismo se produce en contra del gradiente de concentración gracias a la enzima ATPasa, que actúa sobre el ATP con el fin de obtener la energía necesaria para que los nutrientes puedan atravesar la membrana celular y llegar al citoplasma.
La bomba de sodio y potasio actúa de la siguiente manera:


1: tres iones de sodio (3 Na+) intracelulares se insertan en la proteína transportadora.
2: el ATP aporta un grupo fosfato (Pi) liberándose difosfato de adenosina (ADP). El grupo fosfato se une a la proteína, hecho que provoca cambios en el canal proteico.
3: esto produce la expulsión de los 3 Na+ fuera de la célula.
4: dos iones de potasio (2 K+) extracelulares se acoplan a la proteína de transporte.
5: el grupo fosfato se libera de la proteína induciendo a los 2 K+ a ingresar a la célula. A partir de ese momento, comienza una nueva etapa con la expulsión de otros tres iones de sodio.

La bomba de sodio y potasio controla el volumen de las eucariotas animales al regular el pasaje del sodio y del potasio. El gradiente generado produce un potencial eléctrico que aprovechan todas aquellas sustancias que deben atravesar la membrana plasmática en contra del gradiente de concentración.
A medida que sale sodio de la célula, el líquido extracelular adquiere un mayor potencial eléctrico positivo, lo que provoca atracción de iones negativos (cloro, bicarbonato) intracelulares. Al haber más iones de sodio y cloruros (Na+ y Cl-) en el medio extracelular, el agua tiende a salir de la célula por efecto de la ósmosis. De esta manera, la bomba de sodio y potasio controla el volumen celular.
La bomba de sodio y potasio cumple un rol muy importante en la producción y transmisión de los impulsos nerviosos y en la contracción de las fibras musculares.

VIDEO SOBRE LA BOMBA DE SODIO-POTASIO

REPRODUCCION CELULAR - MITOSIS

La reproducción es un proceso mediante el cual las células se dividen para multiplicarse. Las procariotas se reproducen por división simple, llamada también fisión binaria. En los organismos pluricelulares se distinguen dos tipos de células eucariotas: las somáticas, que forman parte de todos los tejidos y las sexuales, representadas en los animales superiores por los óvulos y los espermatozoides.
Dentro del núcleo, las células somáticas contienen una cantidad de cromosomas propia de cada especie, de las cuales la mitad fueron heredadas del padre y la otra mitad de la madre al momento de la fecundación. Por ejemplo, los humanos poseen 23 pares de cromosomas (46 en total), el caballo 32 pares (64 en total) y el perro 39 pares (78 en total). Estas células somáticas, al tener doble juego de cromosomas se denominan diploides, y se simbolizan como 2n. Por el contrario, las células sexuales contienen la mitad de la dotación total de cromosomas, por lo que se las llama haploides (n). De los ejemplos anteriores, surge que el humano posee 23 cromosomas en cada óvulo y espermatozoide, el caballo 32 cromosomas y el perro 39. Cuando se produce la fertilización, ambas células haploides paternas aportan toda su carga cromosómica para dar lugar a la primer célula diploide, llamada cigoto, que dará origen a un nuevo individuo con la cantidad de cromosomas propia de la especie.
Las células somáticas necesitan reproducirse para permitir el crecimiento de los tejidos y para reemplazar células muertas. Lo hacen a partir de células diploides que generan nuevas células diploides idénticas a la de origen. Este proceso se denomina mitosis, que es un mecanismo de reproducción asexual puesto que de una célula madre se obtienen dos células hijas idénticas, con la misma información genética. Por el contrario, para la formación de células sexuales (gametos), a partir de células diploides se producen células haploides, asegurando de esta forma un número constante de cromosomas a la descendencia, puesto que la mitad del ADN es aportado por el padre y la otra mitad por la madre. Este proceso se llama meiosis, que a diferencia de la mitosis es un tipo de reproducción sexual, ya que se recombinan los cromosomas homólogos de los progenitores y se intercambia la información genética. VER MEIOSIS
Es un proceso ordenado que se repite en el tiempo, donde las células crecen y se dividen en dos células hijas idénticas a la de origen. Cada ciclo se inicia con el nacimiento de una nueva célula y finaliza cuando esa célula origina dos células hijas. El ciclo celular se compone de dos períodos: una interfase y una fase M. La duración total del ciclo celular es de 24 horas, aunque varía según la estirpe celular.

1-INTERFASE
La interfase es la más larga del ciclo celular. Sucede entre dos mitosis o divisiones celulares y comprende tres etapas: G-1, S y G-2.

Fase G-1
La célula inicia su crecimiento, se forman las organelas y se produce la síntesis de proteínas. En esta fase la célula aumenta de tamaño. La fase G-1 tiene una duración de 6 a 12 horas. Las células nerviosas y musculares esqueléticas no vuelven a dividirse, permaneciendo en la denominada fase G-0, ya que se retiran del ciclo celular.

Fase S
Se produce la síntesis de ADN, y como resultado los cromosomas se duplican qu