Acerca de Organismos Celulas Genes y Poblaciones

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Biologia Autores: Ana De Micheli Alejandra Donato Liliana Goveto Patricia Iglesia Pablo Adrián Otero

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Ana Teresa De Micheli Alejandra Donato Liliana Goveto Patricia Iglesia Pablo Adrián Otero Universidad de Buenos Aires - Ciclo Básico Común ACERCA DE ORGANISMOS CÉLULAS GENES Y POBLACIONES

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 1 Acerca de organismos células genes y poblaciones Dibujo de célula en metafase mitótica Foto de Charles Darwin Foto de plantas de menta Modelo de ribosoma Modelo de membrana plasmática Modelo de doble hélice del ADN Modelo 3D de la proteína globina Dibujo de una mosca de la fruta Autores: Ana De Micheli Alejandra Donato Liliana Goveto Patricia Iglesia Pablo Adrián Otero Colaboración en la revisión y corrección de originales: María Eugenia Medina Edición y diagramación: Pablo Adrián Otero. Comentarios y sugerencias sobre este libro a: cbcbiolibro2006yahoo.com.ar

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 3 Indice Prefacio pág.5 Introducción pág.7 Instrucciones para un mejor uso de este libro pág.11 Capítulo 1 Unidad y diversidad de la vida 1. ¿Qué es un ser vivo pág.13 2. Los seres vivos están formados por células pág.14 3. La vida y su complejidad pág.17 4. Todos los seres vivos son similares a sus progenitores pág.19 5. Las diferencias entre los seres vivos pág.21 Capítulo 2 La información genética se expresa 1. Genes organismo y ambiente pág.25 2. ¿Qué son los genes pág.31 3. ¿Qué clase de información tiene un gen pág.34 4. ¿Cómo son y qué hacen las proteínas pág.35 5. Las enzimas: proteínas que aceleran procesos biológicos pág.39 6. ¿Cómo se lee la información para construir una proteína pág.42 7. ¿Cómo se traduce el mensaje Desde al ARN a la proteína pág.45 8. ¿Qué sucede cuando cambia el mensaje para construir una proteína pág.50 9. ¿Cómo se regula el mensaje de los genes pág.54 Capítulo 3 La información genética se hereda 1. De la cigota al organismo pluricelular pág.57 2. ¿Qué le pasa a una célula a lo largo de su vida pág.58 3. ¿Cómo se copia el ADN pág.62 4. ¿Cómo se dividen las células pág.65 5. Consecuencias de la mitosis en los organismos y las poblaciones pág.68 6. ¿Cómo se forman las gametas pág.70

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4 7. Consecuencias de la meiosis en las poblaciones de organismos que se reproducen sexualmente pág.76 8. ¿Por qué los hijos se parecen a sus padres pág.78 9. Algunas enfermedades se heredan pág.84 Capítulo 4 La evolución de los seres vivos 1. Cambian......todas las especies cambian pág.87 2. La población y sus genes pág.87 3. La evolución y las adaptaciones al ambiente pág.92 4. En las poblaciones no sólo actúa la selección natural pág.95 5. Los mecanismos evolutivos y el origen de la diversidad pág.97 Capítulo 5 La materia y la energía: sus transformaciones en los seres vivos 1. Los seres vivos son sistemas abiertos pág.99 2. La alimentación de los heterótrofos pág.102 3. El alimento entra a las células pág.108 4. El alimento llega a todas las células del cuerpo pág.112 5. El alimento es transformado en el interior de las células pág.113 6. El alimento es el combustible de las células pág.117 7. El alimento como fuente de materia pág.124 8. Un ejemplo de regulación del metabolismo a nivel de organismo humano pág.126 Capítulo 6 Los organismos autótrofos fabrican su alimento 1. Ciertos tipos de organismos fabrican su alimento pág.129 2. La síntesis de alimento en presencia de luz pág.129 3. La importancia de la fotosíntesis en el crecimiento de la planta pág.135 4. Todos los seres vivos dependemos de la energía de sol pág.138

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 5 PREFACIO Este material es un “descendiente” del libro De los organismos a sus células Ed. Yanel que fue publicado en 2001 y usado durante cinco años para orientar la enseñanza y el aprendizaje de la materia Biología del C.B.C. de la U.B.A. en el Centro Regional Norte sede San Isidro. La necesidad de elaborar Acerca de organismos células genes y poblaciones surgió de nuestra práctica docente durante cinco años a lo largo de los cuales fuimos detectando las falencias de su antecesor. Uno de los aspectos que consideramos beneficioso cambiar fue la ubicación de algunos contenidos ya que la secuencia original no facilitaba su comprensión y la relación con otros contenidos. Otro aspecto modificado está referido a las actividades. En este nuevo material hemos agregado actividades que creemos son más facilitadoras del aprendizaje ya sea porque permiten integrar mejor los temas o porque promueven el desarrollo de diferentes habilidades cognitivas necesarias para comprender la materia. También hemos modificado el enunciado de otras por entender que no eran lo suficientemente claras. Finalmente se ha cambiado el formato para hacerlo más asequible y agradable. La elaboración de este material ha sido un proceso colectivo. En el mismo hemos participado activamente cinco docentes de la cátedra: Alejandra Ana Liliana Patricia y Pablo. Entre todos trabajando desde distintos lugares del país durante los meses de diciembre de 2005 enero y febrero de 2006 redactamos en parejas los distintos capítulos los pusimos a discusión del resto de los autores e intercambiamos opiniones por e-mail disintiendo en algunas oportunidades y consensuando las más de las veces. Como todo material de cátedra es una hipótesis de trabajo que deberá ser puesta a prueba en la práctica y analizada críticamente por los docentes y por los alumnos que son en definitiva los verdaderos destinatarios del mismo. Ana De Micheli “Todos somos ignorantes pero no todos ignoramos lo mismo y sólo por ello podemos enseñarnos unos a otros”

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 7 INTRODUCCIÓN La biología es la ciencia que se ocupa de estudiar las características y los cambios en sistemas vivos que poseen niveles de complejidad muy diferentes como los ecosistemas y las células. Por ser tan amplio el objeto de estudio de esta disciplina se ha dividido en distintas ramas como la ecología la biología celular la fisiología y la biología evolutiva. La separación en ramas que resultó enriquecedora a la hora de producir conocimientos científicos se reflejó también en la didáctica de la disciplina. Lo más frecuente en la enseñanza de la biología es enseñar las propiedades emergentes de los distintos niveles de organización de los sistemas vivos en forma aislada sin establecer relaciones con los niveles de organización superiores e inferiores al objeto de análisis además de obviar las variables temporales y ambientales. La ausencia de estas relaciones ofrece una concepción fragmentada y reduccionista de los fenómenos vivos que de hecho son estructuras complejas y dinámicas resultantes de procesos evolutivos y de las interacciones entre sus partes y el medio ambiente. Se suma a lo anteriormente expuesto el hecho de que la práctica docente tradicional en esta materia y en tantas otras del sistema educativo argentino esta basada en la transmisión de conocimientos dejando al alumno el simple rol de receptor y reproductor de información. Nuestra práctica docente en la materia biología del C.B.C. durante más de 20 años puso en evidencia algunas de las consecuencias previsibles de este tipo de enseñanza. Respecto a lo disciplinar es frecuente que la mayor parte de los alumnos adolescentes conozca algunas características de los seres vivos pero no pueda relacionarlas con las funciones de las partes que lo integran: sistemas órganos tejidos y células según sea el caso. Al mismo tiempo conocen las principales funciones de distintas partes del organismo pero no pueden relacionarlas con las propiedades emergentes del mismo. A nivel celular no pueden establecer las relaciones dinámicas que existen entre las estructuras sub-celulares y que explican en parte las propiedades del nivel celular. Muchos jóvenes enfrentan

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8 también obstáculos para comprender las relaciones entre organismos y sus consecuencias en las poblaciones y comunidades. Finalmente en sus concepciones rara vez aparece la interacción entre los seres vivos y el ambiente. A partir de estos datos hemos revisado críticamente la enseñanza tradicional de nuestra materia que se ocupa de estructuras no visibles – las células y sus partes- y aborda procesos complejos y abstractos. Esa enseñanza parte de los átomos y moléculas para llegar a las células y eventualmente abordar al organismo. La experiencia nos mostró que la implementación de esa secuencia de contenidos no resulta la adecuada para que gran parte del alumnado comprenda conceptos abstractos ni construya una concepción más sistémica de los seres vivos y sus células. Como nuestro objetivo docente es precisamente el que no se logra con la secuencia anterior hemos elaborado un enfoque diferente que pone al sistema por delante de las partes. Entendemos que el “ida y vuelta” permanente desde el sistema hacia los elementos que lo componen es un camino apropiado para construir el concepto de totalidad en el funcionamiento de los seres vivos. Al mismo tiempo nuestra hipótesis es que este enfoque puede ayudar a la construcción de conceptos biológicos abstractos y a poder operar con ellos en la medida que se los utilice para comprender las propiedades emergentes de los sistemas en los que ocurren y las problemáticas cotidianas de interés para los alumnos. También cuestionamos la concepción tradicional acerca del aprendizaje como la recepción y repetición de conocimientos. Entendemos que cada alumno construye sus propios conocimientos a partir de la interacción entre sus concepciones previas sus modos de aprender el desarrollo de sus habilidades cognitivas y cognitivo-linguísticas sus expectativas y el ambiente. Por ambiente entendemos al aula como sistema que resulta de la interacción entre los docentes los compañeros los conocimientos de unos y otros los materiales de cátedra los libros el flujo de información y el lugar físico. Esta concepción acerca del aprendizaje nos llevó a jerarquizar tanto la comunicación oral en el aula a través del trabajo en pequeños grupos como el debate coordinado por el docente en el aula como un todo. Asimismo nos impulsó a revalorizar la producción escrita de los alumnos que luego es corregida por los docentes con orientaciones para su reelaboración.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 9 La construcción de este enfoque disciplinar y didáctico al que hemos denominado “sistémico” fue un proceso largo que comenzó en 1997 y fueron muchas las discusiones por las que atravesamos. Un primer cuestionamiento fue si esta manera de encarar la enseñanza no atentaría contra la calidad - muchas veces confundida con cantidad - de la enseñanza. Este punto no es banal ya que en muchas experiencias en las que se abordan didácticamente problemas holísticos como por ejemplo los ambientales se cae en repetir un conjunto de conceptos muy generales y faltos de contenidos disciplinares. Además nos cuestionamos si el ordenamiento sistema-parte-sistema no nos obligaría a dejar temas fuera del programa. Entendimos que esta propuesta exigía la jerarquización de los contenidos a trabajar y eventualmente dejar algunos de lado. Respecto a lo didáctico iniciamos un largo y enriquecedor aprendizaje acerca de cuáles eran las actividades más adecuadas para lograr nuestros objetivos docentes cuál era la mejor forma de presentarlas al alumnado qué estrategias didácticas eran las más útiles para facilitar la comprensión de los temas teóricos en el aula y para favorecer el diálogo en las clases y en los pequeños grupos. Parte de este proceso está plasmado en el presente material. Aunque inicialmente esté dirigido a los alumnos y los docentes de la materia de biología de C.B.C. nuestra expectativa es que también resulte una alternativa didáctica novedosa para los profesores de biología de la escuela media y de nivel terciario.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 11 Continuaremos nuestra relación lector-autor ofreciéndole algunas instrucciones para que pueda aprovechar mejor este libro. En pocas líneas le daremos algunos consejos que creemos le serán de mucha utilidad. El libro está dividido en seis capítulos y cada uno de éstos en apartados. Esta diagramación permite organizar el material del libro pero debe quedar claro que consideramos que los temas biológicos incluidos están relacionados entre sí aunque se encuentren en distintos capítulos. Deseamos y esperamos haber logrado que el libro tenga un hilo conductor y que usted pueda al final del curso “ir y venir” de un capítulo a otro. Cada apartado incluye una introducción teórica y actividades. En cada caso la introducción es un resumen y no contiene información detallada por eso este no es un libro de texto. La lectura de esta introducción antes de la clase correspondiente le será de mucha utilidad ya que no escuchará por primera vez hablar del tema en el aula. Redactamos estas introducciones teóricas con la idea de que sean sencillas de leer y entender. Luego de la exposición teórica en clase usted podrá releer el apartado pero ahora con “nuevos ojos”. El tipo de letra le dará información extra de lo que está leyendo. Los términos que se introducen por primera vez están escritos en letra negrita. En algunos casos el término en negrita es definido al margen del texto en un recuadro señalado con . Estos recuadros los encontrará a lo largo de todo el libro. Lo invitamos a que usted agregue sus propios recuadros en el margen con las definiciones de términos que considera importantes. En los casos que deseamos resaltar una expresión o frase utilizamos letra cursiva. Las actividades están siempre al final del apartado y utilizamos otro tipo de letra la que está leyendo ahora para que usted las encuentre rápidamente. Agregamos una considerable cantidad de actividades y de distinto tipo: Cada vez que vea este ícono encontrará la definición de un término importante. Instrucciones para un mejor uso de este libro

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12 realización de cuadros comparativos redacción de textos que relacionan términos análisis de gráficos etc. Le aconsejamos que realice la totalidad de las actividades aunque no hayan sido recomendadas por el docente. No se desanime si no puede resolver alguna acividad. En ese caso recuerde que dispone de sus apuntes de bibliografía y de la consulta al docente. El aprendizaje es un proceso y como tal lleva tiempo y dedicación. Algunas actividades incluyen tablas complételas en el mismo libro. Este libro es su guía de estudios no tenga miedo de escribir en él. Muchas de las figuras que incluimos en los diferentes capítulos son las mismas que hacemos en el pizarrón durante las clases. El objetivo de estas figuras es facilitar la visualización de estructuras microscópicas o de procesos abstractos. En ellas incluimos a modo de ejemplo sólo algunos nombres y esperamos que usted les agregue todos los rótulos que considere necesarios. Por último pero no menos importante la bibliografía. Consultar libros de texto o artículos de revistas especializadas es una parte fundamental del proceso de aprendizaje. Suele ocurrir que lo más difícil es decidir qué libro consultar por ello al final de cada capítulo le recomendamos fuentes bibliográficas. Las separamos en “bibliografía básica” y “bibliografía sugerida”. Recomendamos especialmente consultar los temas tratados en los capítulos en alguna de las fuentes de la bibliografía básica. Si algún tema le pareció interesante y desea leer más sobre él en la bibliografía sugerida puede encontrar lo que buscaba. Recuerde que esto es tan sólo una guía y que existen otros libros que puede usar. En este caso consulte con algún docente sobre la bibliografía que consiguió. Los autores. Cada vez que vea este ícono encontrará una bibliografía sugerida para profundizar sobre algún tema teórico.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 13 1. ¿Qué es un ser vivo Características de los seres vivos “El koala es un animal herbívoro que se alimenta exclusivamente de hojas de eucalipto. Este tipo de alimento es difícil de digerir ya que posee mucha fibra vegetal celulosa y toxinas. Sin embargo el koala recibe la colaboración de bacterias y hongos que viven en su sistema digestivo digieren la fibra y detoxifican las hojas. De esa manera la dieta no perjudica al animal.” Nos preguntamos: ¿qué es un ser vivo o ¿qué es estar vivo Las respuestas a estas preguntas han variado a lo largo de la historia según los conocimientos científicos y las concepciones religiosas predominantes en cada época. Actualmente es frecuente encontrar en los libros de biología que los seres vivos son aquellas estructuras que se alimentan reproducen necesitan oxígeno en su mayoría se adaptan fisiológicamente al lugar en el que viven y autorregulan sus funciones. De hecho una alternativa para definir un ser vivo sería enumerar una lista de las características o propiedades que posee. Esta lista sería confeccionada a partir del análisis del funcionamiento y la estructura de diversos seres vivos. Sin embargo la elaboración de una lista de características como método para definir un ser vivo posee ciertas limitaciones. En primer lugar nunca sabríamos cuando la lista está completa en segundo lugar no pone en evidencia la relación existente entre las características. A modo de ejemplo ¿podría un animal transformar el alimento en su interior si antes no lo introdujo ¿podría un vegetal aprovechar el alimento que fabrica si no existiera un borde que lo retenga y concentre en el interior No. La capacidad de metabolizar en un ser vivo está estrechamente relacionada con el intercambio de mate- ria y energía con el medio externo. Al mismo tiempo el metabolismo sólo es posible si existe un borde que retenga sustancias en el interior del ser vivo. En definitiva todas las características de los seres vivos están interrelacionadas entre sí . Una forma alternativa de responder qué son los seres vivos consiste en pensarlos como sistemas materiales que poseen una organización particular. En otras palabras lo que caracteriza a los seres vivos es que son sistemas complejos formados por distintos componentes entre los cuales existen intrincadas interacciones. De esa organización particular emergen las propiedades que caracterizan a todos los seres vivos. Los científicos Maturana y Varela 1994 han profundizado esta idea CAPÍTULO 1 UNIDAD Y DIVERSIDAD DE LA VIDA Metabolismo: conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren dentro del ser vivo y permiten transformar materia y energía.

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Capítulo 1: Unidad y diversidad de la vida 14 proponiendo que todos los seres vivos son organizaciones autopoiéticas es decir organizaciones que se auto–construyen se reproducen y dejan descendencia igualmente organizada. ACTIVIDAD 1 Lea el texto con el que se inicia este capítulo. Señale todos los seres vivos mencionados y haga una lista con las características que para usted debe reunir un ser vivo. ACTIVIDAD 2 El siguiente párrafo hace referencia a algunas propiedades de los seres vivos sin nombrarlas expresamente. a ¿Cuáles son esas características b ¿Qué relación encuentra entre esas características “Todos sabemos que las plantas pueden fabricar su propio alimento si disponen de luz y de agua. Sin embargo inmediatamente después de germinar la plántula debe alimentarse de la reserva que tiene la semilla. Utilizando esta reserva de alimento que puede ser almidón o aceite la pequeña planta aumenta de tamaño hasta que posee verdaderas hojas. Después de las hojas aparecerán las flores y luego la capacidad de formar frutos y producir nuevas semillas.” ACTIVIDAD 3 Piense en su cuerpo: a Identifique algún fenómeno que ocurra en su cuerpo y que permita ejemplificar el concepto de Maturana y Varela de que los seres vivos nos autoconstruimos. b ¿Qué fenómenos de su cuerpo evidencian la capacidad de homeostasis Mencione por lo menos dos. c Identifique en su cuerpo fenómenos que pongan en evidencia la propiedad de los seres vivos de ser sistemas abiertos. Mencione por lo menos dos. ACTIVIDAD 4 Mencione algún objeto sin vida que posea alguna de las características de los seres vivos. Ese objeto ¿posee las otras propiedades de los seres vivos 2. Los seres vivos están formados por células Células procariontes y eucariontes Desde mediados del siglo XIX se sabe que todos los seres vivos están formados por células. Aunque hoy esto parezca trivial esta conclusión fue el resultado de un largo camino de idas y vueltas. La observación con microscopios de menor nitidez y resolución que los actuales confundía a los investigadores que muchas veces observaban el mismo material pero realizaban distintas interpretaciones. Incluso el nombre célula es el resultado de un equívoco. Robert Hooke en el año 1665 observó corcho al microscopio y vio algo parecido a pequeños espacios o celdas vacías que denominó células. Hoy sabemos que el corcho es un tejido vegetal cuyas células están muertas y que de ellas sólo queda la pared celular. Las células no son espacios vacíos sino que contienen una gran cantidad y diversidad de Recomendamos leer más sobre los seres vivos como organizaciones autopoiéticas ver bibliografía al final del capítulo: Maturana 1984. Homeostasis: Capacidad de los organismos de mantener en equilibrio su medio interno.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 15 estructuras y sustancias en su interior. Años más tarde Matthias Schleiden 1838 y Theodor Schwann 1839 encontraron un denominador común entre todas las plantas y animales: estar constituidos por células que actualmente sabemos constituyen las unidades anatómicas y funcionales de los seres vivos. Figura 1.1. a Foto de bacterias Pseudomonas células procariotas obtenida mediante microscopio electrónico. b Esquema de células procariotas obtenido a partir de la foto de la izquierda. c Foto de un tipo de glóbulo blanco humano célula eucariota obtenida mediante microscopio óptico. d Esquema de célula eucariota obtenido a partir de la foto de la izquierda. En 1858 Rudolph Virchow le dio un significado aún más amplio al concepto de célula al afirmar que: "Donde existe una célula debe haber habido una célula preexistente así como un animal surge de un animal y una planta surge solamente de otra planta”. Las investigaciones sobre diferentes aspectos de la vida de la células fueron cada vez más numerosas durante fines del siglo XIX. Entre los investigadores destacados en citología estaban Louis Pasteur Walther Fleming Theodor Boveri y Oscar Hertwig. Sin em- bargo no fue sino hasta 1925 cuando el microbiólogo francés Edouard

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Capítulo 1: Unidad y diversidad de la vida 16 Chatton diferenció a las células en procariontes y eucariontes ver figura 1.1. ACTIVIDAD 5 Observe las fotos y esquemas ver figura 1.1 de una bacteria célula procariota y de una célula humana eucariota. La imagen de las bacterias fue obtenida con un microscopio electrónico que puede ampliar un objeto un millón de veces mientras que la imagen de la célula eucariota fue obtenida con un microscopio óptico que puede aumentar la imagen de un objeto hasta mil veces. a Compare cada esquema con la foto a partir de la cual fue dibujado. ¿Qué diferencias encuentra entre la foto y el esquema ¿Qué finalidad tiene confeccionar un esquema b Compare ambas fotos y esquemas entre sí y establezca las siguientes diferencias: c ¿Cuál de las células es más pequeña ¿Cuánto más pequeña es d ¿Qué diferencias encuentra en su borde e Además de las ya mencionadas ¿qué otras diferencias encuentra entre ambas células ACTIVIDAD 6 Complete el siguiente cuadro comparativo entre una célula procariota y una eucariota. Después de completarlo analice cuáles son las principales semejanzas y diferencias entre ambos tipos de células. Criterios utilizados Procariota Eucariota Presencia de membrana plasmática núcleo celular endomembranas que limitan organelas Capacidad de metabolizar dividirse Organización del material genético: cantidad de cromosomas composición de los cromosomas Comparación de tamaño: longitud volumen Tipo de división celular

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 17 3. La vida y su complejidad Niveles de organización de los seres vivos La vida en la tierra comenzó hace alrededor de 3500 millones de años. Los organismos pioneros eran unicelulares procariotas ver figura 1.1.a muy similares a las bacterias que actualmente habitan en ambientes que a simple vista no parecen adecuados para la vida como las aguas termales o con elevada concentración de azufre. Por más de dos mil millones de años fueron los únicos seres vivos hasta la aparición de las células eucariotas ver figura 1.1.c. Según la teoría endosimbiótica propuesta por Margulis 1971 estás células se originaron cuando distintos tipos de organismos procariontes establecieron relaciones entre ellos. Se cree que esto ocurrió cuando un tipo de célula procarionte más grande incorporó a otros procariontes más pequeños. Las relaciones establecidas entre ellos resultaron beneficiosas por lo que fueron conservadas y luego transmitidas de generación en generación. De esta manera lo que hoy conocemos como mitocondrias y cloroplastos eran en los comienzos organismos procariontes de vida libre. Ya sean procariontes o eucariontes todos los seres vivos durante los primeros dos mil setecientos millones de años tuvieron un nivel de organización celular. Los primeros organismos pluricelulares estaban formados por muchas células iguales donde cada una realizaba todas las funciones es decir no había aún división del trabajo en el individuo ver figura 1.2. Figura 1.2. a Dibujo de un alga verde marina llamada ulva común en las costas de Argen- tina. b Dibujo del corte de la lámina de ulva. Posteriormente aparecieron organismos con distintos tipos de células que realizaban distintas funciones. Este nivel de organización se conoce como tisular o de tejidos.¿Qué organismos poseen este nivel de organización Las aguas vivas o medusas marinas ver figuras 1.2 y Recomendamos leer más sobre: el origen de las células eucariontes ver bibliografía al final del capítulo: De Duve 1996.

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Capítulo 1: Unidad y diversidad de la vida 18 1.3 algunas algas y hongos son algunos ejemplos de organismos con organización tisular. Figura 1.3. a Medusa marina. b Corte de la pared del cuerpo de una medusa visto al microscopio óptico. Luego el nivel de organización aumentó en complejidad y comenzaron a aparecer organismos formados por órganos. Cada órgano está compuesto por distintos tejidos y sus funciones resultan de la interacción de los mismos. La complejidad siguió aumentando y algunos seres vi- vos por ejemplo nosotros poseen sus órganos organizados en sistemas. Figura 1.4. a Sistema digestivo humano. b Corte transversal de esófago. c Células musculares lisas a. d Células epiteliales del esófago b.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 19 El aumento de complejidad en el nivel de organización trae como consecuencia la aparición de propiedades emergentes. Estas propiedades surgen en un nivel como resultado de la organización e interacción de estructuras de niveles anteriores. Por ejemplo sólo la organización a nivel celular permite la vida y recién en los organismos pluricelulares emergió la posibilidad de dividir el trabajo y aumentar el tamaño del cuerpo. ACTIVIDAD 7 Analice la estructura del alga ulva ver figuras 1.2. a Aproximadamente: ¿cuál es el tamaño de esta alga ¿Es un organismo unicelular o pluricelular b Identifique en las figuras una célula y las estructuras subcelulares ilustradas. c ¿Cómo son las células que forman al alga ulva entre sí iguales o distintas d ¿A qué nivel de organización pertenece este organismo ¿Por qué ACTIVIDAD 8 Analice la estructura de la medusa ver figuras 1.3. a Identifique en las figuras una célula y las estructuras subcelulares ilustradas. b ¿Cómo son las células que forman la medusa entre sí: iguales o distintas c ¿A qué nivel de organización pertenece este organismo ¿Por qué ACTIVIDAD 9 Compare la estructura del alga ulva con la estructura de la medusa. a ¿Qué conclusiones puede sacar acerca del grado de complejidad de cada organismo b ¿En cuál de estos dos organismos hay mayor división de trabajo entre las células que los forman ACTIVIDAD 10 La figura 1.4 muestra la ubicación del esófago en el cuerpo humano y diferentes vistas de este órgano con creciente detalle. a ¿Qué nivel de organización posee el ser humano b ¿Cuál de las figuras muestra que el esófago forma parte de un sistema c ¿En cuál de las figuras se muestra que el esófago está formado por distintos tejidos ¿Cómo están dispuestos esos tejidos d Compare las figuras 1.4.c y 1.4.d. ¿Qué diferencias y semejanzas encuentra entre ambos tipos de células e ¿Cree usted que todas las células que forman parte del esófago poseen las mismas funciones 4. Todos los seres vivos son similares a sus progenitores Reproducción sexual y asexual La reproducción es una de las características de los seres vivos. Los individuos cuando se reproducen originan uno o varios descendientes similares aunque no necesariamente iguales entre ellos ni a los progenitores. Estos descendientes podrán crecer desarrollarse y reproducirse nuevamente. De esta forma las poblaciones de las

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Capítulo 1: Unidad y diversidad de la vida 20 distintas especies se perpetúan en el tiempo. Las formas de reproducción existentes en los distintos tipos de seres vivos son muy variadas. En algunos casos el progenitor es un único individuo como ocurre con los organismos hermafroditas. En otros grupos bacterias y hongos ni siquiera se reconocen sexos. Podríamos seguir mencionado ejemplos pero nos vamos a concentrar en clasificar las formas de reproducción en dos tipos: asexual y sexual. En la reproducción llamada asexual un único organismo se repro- duce y transmite a la descendencia la misma información genética que él posee. Son variadas las formas de reproducción asexual que existen. Algunas plantas producen individuos nuevos por fragmentación de bulbos como las cebollas de tubérculos como las papas o de rizomas como el césped y el bambú. La reproducción por fragmentación también ocurre en algunos animales gusanos planos y en la mayoría de los hongos. También en los organismos unicelulares la reproducción asexual es común así una bacteria puede en tan sólo 20 minutos dividirse y originar dos bacterias nuevas. Sea cual fuera el mecanismo y el tipo de organismo que se reproduce lo más importante en este tipo de reproducción es que la información genética de los padres y los descendientes es idéntica. El otro tipo de reproducción es la llamada sexual no exactamente porque se necesiten individuos de distinto sexo. La reproducción sexual requiere que se formen gametas que contienen la mitad de la información genética de un individuo y que esas gametas se fusionen durante la fecundación completando la totalidad de la información. De esta manera el descendiente es una combinación nueva de información genética diferente a la del o los progenitores. En el caso de los organismos hermafroditas un mismo individuo puede formar las dos gametas. La mayoría de las plantas con flor que conocemos son hermafroditas y entre los animales algunos caracoles y las lombrices. En otros casos las gametas son producidas por individuos diferentes. En algunas plantas como el sauce o el ombú hay árboles macho que producen gametas masculinas incluidas dentro del polen y árboles hembra que producen óvulos. En los hongos las gametas las producen individuos diferentes pero no se los llama macho ni hembra. En la mayoría de los animales incluidos los humanos las hembras producen óvulos y los machos espermatozoides. De este modo los descendientes de una misma pareja hermanos son individuos muy parecidos pero no idénticos entre sí incluso los mellizos que comparten el día de nacimiento pero pueden ser de distinto sexo. La única excepción a lo anteriormente expuesto son los gemelos. ACTIVIDAD 11 Compare la reproducción sexual y asexual mediante un cuadro. Le sugerimos que utilice los siguientes criterios: formación de gametas presencia de fecundación y similitud entre la información genética de padres e hijos. ACTIVIDAD 12 Piense en algún organismo que se reproduzca sexualmente. Población: conjunto de individuos pertenecientes a la misma especie y que conviven en un área y tiempo de tal manera que pueden reproducirse entre sí.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 21 a ¿En qué órganos se forman las gametas ¿Dónde se produce la fecundación b Respecto a ese organismo redacte una frase que relacione los siguientes términos: formación de gametas y fecundación. 5. Las diferencias entre los seres vivos Diversidad y clasificación de los seres vivos Ya vimos que todos los seres vivos comparten características pero la simple observación de la diversidad biológica permite encontrar diferencias entre ellos. Algunas tienen que ver con la estructura o tamaño diferencias morfológicas y otras implican diferencias en el funcionamiento diferencias fisiológicas. Además no todos los seres vivos habitan en los mismos ambientes ni responden a sus cambios de la misma manera diferencias ecológicas. Desde tiempos remotos los seres humanos clasificamos a los seres vivos con los que convivimos pero no siempre con los mismos propósitos ni utilizando los mismos criterios. Por ejemplo podemos clasificar las plantas en comestibles o no comestibles si nuestro objetivo es distinguir cuales podemos consumir. O podríamos clasificar las mismas especies de plantas en medicinales o no medicinales si nos interesa buscar alivio para nuestras enfermedades y dolencias. Los biólogos actualmente también clasifican a los seres vivos pero utilizan otros criterios para lograr este propósito. El primer naturalista que clasificó a los seres vivos utilizó criterios de semejanza morfológica. Se llamaba Carl von Linneo y su objetivo era “ordenar la obra divina de la creación”. En su libro Sistema Natural 1758 agrupó los seres vivos muy parecidos en la misma especie y las especies semejantes en géneros que a su vez incluyó en familias éstas en órdenes y éstos en categorías mayores como phylum y finalmente en lo que conocemos como reinos. Esta clasificación es jerárquica ya que la máxima categoría el reino incluye a todas las otras categorías menores. Linneo también creó la nomenclatura binomial por la cual cada especie es nombrada con dos palabras: un epíteto genérico y un epíteto específico. Por ejemplo la especie que incluye a los lobos fue llamada Canis lupus. Actualmente se sigue utilizando la nomenclatura binomial pero los criterios de clasificación son diferentes ya que se da más importancia a que las especies incluidas en una misma categoría por ejemplo género estén emparentadas evolutivamente y no prioriza tanto la semejanza morfológica. Es fácil aceptar que los pumas y los lobos pertenecen a especies distintas Felis concolor y Canis lupus respectivamente pero es difícil pensar que todos los perros sin importar la raza pertenezcan a una misma especie Canis familiaris. Se desconoce el número de especies actuales pero se calcula en decenas de millones. Ya vimos que todas estas especies son clasificadas en géneros familias órdenes y finalmente en reinos. Pero ¿cuántos reinos existen. Actualmente se utiliza la clasificación planteada por Whittaker y Margulis en 1978 que propone la existencia de cinco grandes reinos: Monera Protistas Hongos Plantas y Animales ver figura 1.5.

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Capítulo 1: Unidad y diversidad de la vida 22 Figura 1.5: Árbol evolutivo que muestra la relación entre los organismos clasificados en los cinco reinos. Pero ¿qué es una especie Esta pregunta plantea problemas filosóficos pero si buscamos una respuesta práctica podríamos decir que una especie está integrada por poblaciones de individuos similares en aspecto y funcionamiento y que además pueden reproducirse entre sí siendo la descendencia fértil y de características similares a los progenitores. Palabras más o palabras menos esta es la definición que se conoce como concepto biológico de especie formulada por Ernst Mayr en 1940. Según este concepto los individuos de una especie no pueden reproducirse con individuos de otras especies aunque sus poblaciones estén en contacto. De tal manera que cada especie está aislada reproductivamente y no puede haber intercambio o recombinación de información genética entre ellas. Obsérvese que según esta definición los organismos que se reproducen sólo asexualmente no se podrían agrupar en especies. ACTIVIDAD 13 Se quiere comparar diferentes individuos pertenecientes a los cinco reinos. a ¿Qué criterios elegiría para compararlos Lo ayudamos proponiéndole dos criterios: nivel de organización que alcanza y tipo de reproducción. Mencione otros tres criterios. b Confeccione un cuadro comparativo de los cinco reinos usando los cinco criterios propuestos en el punto anterior. Recomendamos leer más sobre qué es una especie biológica ver bibliografía al final del capítulo: Mayr 1995 Procariontes Eucariontes Monera Protista Planta Hongo Animal Protozoos Bacterias Algas Primer eucariota unicelular Primer eucariota pluricelular Primer procariota unicelular 3500 1800 800 Origen de la vida Millones de años hoy Recomendamos leer más sobre las caracteristicas de los organismos de cada reino biológico ver bibliografía al final del capítulo: Curtis 2000

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 23 ACTIVIDAD 14 ¿En que reino incluiría a un organismo que es pluricelular descomponedor y heterótrofo¿Y a un organismo unicelular autótrofo ACTIVIDAD 15 Anteriormente a la clasificación actual de reinos los hongos estaban incluidos en el reino Plantas ¿por qué cree usted que los separaron en un reino propio ACTIVIDAD 16 Confeccione un cuadro comparativo entre: una célula animal una célula vegetal y una perteneciente a un hongo. Elija usted los criterios necesarios para realizar el cuadro. ACTIVIDAD 17 Un biólogo colocó células de hongos y células animales en dos recipientes de vidrio distintos pero olvidó rotularlos. Si dispone de un microscopio: ¿qué criterios usaría para saber cuál es cuál ACTIVIDAD 18 El ser humano Homo sapiens pertenece al mismo género que el extinto hombre de Neanderthal Homo neanderthalensis no así el chimpancé Pan troglodytes. Las tres especies anteriores pertenecen a la clase mamíferos al igual que la ballena franca Eubalaena australis. Según la clasificación de estas especies ¿cuáles están más emparentadas entre sí y cuáles menos ACTIVIDAD 19 Uno de los problemas ambientales en la Ciudad de Buenos Aires es el aumento de la cantidad de palomas Columba livia a tal punto que son consideradas una plaga. Para impedir dicho aumento se sugiere a los habitantes de la ciudad que eviten alimentar a esas aves. a En el pequeño texto anterior se alude a dos características de los seres vivos ¿Cuáles son y qué relación existe entre ambas características b En torno a la problemática ambiental planteada redacte un texto que contenga y relacione los siguientes términos: población reproducción y especie. Bibliografía básica: -Curtis Helena y colaboradores. 2000. Biología. Buenos Aires. Editorial Médica Panamericana. -Purves William y colaboradores. 2003. Vida. La ciencia de la biología. Editorial Médica Panamericana. Bibliografía sugerida lecturas complementarias: -De Duve Christian. 1996. El origen de las células eucariotas. Investigación y Ciencia. Número 237 junio páginas 18 a 27. -Maturana H y Varela F. 1984. El árbol del conocimiento. Ed.Universitaria. Chile. -Mayr Ernst. 1995. Así es la biología. Madrid. Editorial Debate. Capítulo 7: El qué. El estudio de la diversidad páginas 143 a 151.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 25 CAPÍTULO 2 LA INFORMACIÓN GENÉTICA SE EXPRESA 1. Genes organismo y ambiente Relaciones entre fenotipo genotipo y ambiente En el capítulo anterior trabajamos con las semejanzas estructurales y funcionales que se pueden establecer al comparar entre sí a los seres vivos. Estas similitudes pueden ser explicadas si pensamos en el origen común de todos los organismos. También presentamos algunas de las diferencias que existen entre ellos y que nos permiten clasificarlos en distintos grupos. En los próximos capítulos explicaremos cómo surgieron esas variaciones. Nos referiremos tanto a la variabilidad entre los organismos de una misma especie como a la diversidad entre poblaciones que pertenecen a diferentes especies. Todos sabemos que los organismos de una especie tienen descendientes con características similares a ellos. Pero ¿por qué es así ¿por qué a partir de una pareja de perros nacen perritos y no lagartijas Para poder responder a estas preguntas referidas a cómo se transmiten las características de padres a hijos primero debemos considerar por qué un organismo tiene ciertas características y no otras. Las características estructurales funcionales y comportamentales de un ser vivo conforman su fenotipo. Si tomamos como ejemplo a un perro el color la textura y el largo de su pelo la forma del hocico la cola las orejas el largo de las patas el tamaño del cuerpo son todos aspectos visibles del fenotipo. Un perro también tiene caracteres funcionales o fisiológicos que no son observables directamente pero son parte del fenotipo del animal. De la misma manera podemos pensar en aspectos del comportamiento como la agresividad o la preferencia por un tipo de alimento. Podríamos preguntarnos por ejemplo:¿cómo está guardada la información relacionada con el color del pelaje de un perro ¿cómo se manifiesta Se suele decir que la respuesta está en los genes. Pero ¿qué son los genes ¿cuál es su lenguaje ¿cómo se escribe Para explicar estas cuestiones el lenguaje científico se nutre de metáforas. Se habla de información genética del mensaje de los genes de que los genes se expresan o actúan. Podemos empezar a aproximarnos al concepto planteando que los genes son unidades de información que se relacionan con una característica. Al conjunto de genes de un organismo se lo denomina genotipo. Las características fenotípicas que manifiesta un individuo dependen en parte de la información genética que este organismo tiene. Como por ejemplo el hecho de que un determinado perro tenga cierto color de pelo y no otro dependerá del mensaje almacenado en sus genes. Lo mismo ocurre con aspectos tales como el grupo sanguíneo o el factor RH en el

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Capítulo 2: La información genética se expresa 26 ser humano y muchas otras características determinadas por el genotipo del ser vivo. Sin embargo ¿qué ocurre con características tales como la altura o el peso que puede alcanzar un individuo Seguramente un perrito que es hijo de una pareja de ovejeros alemanes que aportaron la información que recibió tendrá mayor tamaño que otro que es descendiente de perros pequineses. Sin embargo ¿crecerá de la misma manera si no es alimentado adecuadamente ¿alcanzará el mismo tamaño corporal si no se le aportan todos los nutrientes necesarios En estos casos hay otro componente no sólo los genes que influye en el fenotipo del individuo. Nos referimos al ambiente que en estas situaciones actúa como un regulador de la expresión de los genes. Ahora la cuestión es: ¿qué es el ambiente para un ser vivo Podríamos decir que el ambiente de un organismo es el conjunto de condiciones exteriores que para él tienen alguna relevancia porque ese organismo interactúa con esos aspectos del mundo. No son únicamente los componentes físicos del medio agua luz nutrientes temperatura entre otros sino también todos los estímulos sensoriales que el organismo capta incluyendo las interacciones con otros seres vivos. Sin embargo no todo lo que rodea a un ser vivo forma parte de su ambiente. Por ejemplo los colibríes al tener un pico muy largo y delgado pueden polinizar a las flores que tienen forma tubular pero estos pájaros no interactúan con las flores achatadas aunque ambos tipos de flores se abran al mismo tiempo. Los colibríes forman parte del ambiente de las flores delgadas pero no de las achatadas del mismo modo sólo las primeras pertenecen al ambiente de los colibríes. El ambiente puede regular la expresión de los genes modificando al fenotipo. Podemos explicar esta relación con el siguiente caso: en los bosques andino-patagónicos crece un árbol denominado lenga Nothofagus pumilio. Esta especie habita en las laderas de las montañas inclusive por arriba de los 1500 metros de altura. En las zonas de los valles los árboles pueden alcanzar cuarenta metros de altura tienen una copa amplia y sus hojas miden alrededor de dos centímetros de largo. Si ascendemos por la ladera de la montaña hasta llegar por encima de los 1000 metros de altura podemos observar que las características de las lengas de esta zona varían bastante: los árboles tienen aspecto achaparrado no superan los cuatro metros de altura y sus hojas tienen menos de diez milímetros de longitud. Si comparamos a estos organismos de la misma especie pero que habitan en ambientes diferentes podemos notar que algunos aspectos de su fenotipo varían. En este caso a medida que ascendemos en la ladera las condiciones ambientales van tornándose más desfavorables disminuyen la temperatura y la humedad ambiental el suelo es más delgado aumenta la velocidad del viento en consecuencia las pequeñas lengas que brotan tienen menor acceso a nutrientes y agua del suelo. Estas condiciones influyen durante el crecimiento de la planta repercutiendo en su desarrollo y por lo tanto en sus características fina- les. Como se puede concluir en este caso: el fenotipo de un ser vivo es el resultado de la interacción entre la información genética del organismo su genotipo y el ambiente en el que el organismo crece y se desarrolla.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 27 Hasta ahora hemos planteado que el ambiente influye en el fenotipo de un organismo. Pero el ambiente no es algo ajeno al organismo sino que resulta de la interacción con los seres vivos. Es decir los seres vivos construyen su propio ambiente. Richard Lewontin un destacado biólogo evolucionista lo explica de la siguiente manera: “Los organismos no se adaptan simplemente a unos ambientes preexistentes y autónomos mediante sus actividades vitales crean destruyen modifican y transforman internamente aspectos del mundo exterior para producir este medio ambiente. Así como no puede haber ningún organismo sin un ambiente tampoco puede existir éste sin organismos. Ni el organismo ni el medio ambiente son un sistema cerrado cada uno de ellos está abierto al otro. Hay una gran variedad de modos en los que el organismo determina su propio entorno. Mientras las plantas crecen sus raíces alteran física y químicamente el suelo. El crecimiento de los pinos blancos crea un entorno que hace imposible que crezca una nueva generación de pinos jóvenes. Los animales se alimentan de la comida disponible y ensucian la tierra y el agua con sus excrementos … los castores construyen diques para crear su propio hábitat y así hacen bajar y subir el nivel de agua.” R. Lewontin S. Rose y L. Kamin 1996 “No está en los genes. Crítica al racismo biológico” En este apartado hemos presentado distintos tipos de relaciones: situaciones en las que dijimos que el genotipo influye sobre el fenotipo algunas otras en las que el ambiente puede modificar el fenotipo de un organismo o la situación inversa en la que un determinado fenotipo influye sobre el ambiente. Pero también existen algunos factores ambientales que pueden modificar el genotipo de un ser vivo. A estos componentes del ambiente se los denomina factores o agentes mutagénicos reciben este nombre porque pueden causar mutaciones es decir producen cambios en el genotipo. Algunos ejemplos de agentes mutagénicos son: la radiación de alta energía ultravioleta X atómica y algunos compuestos químicos como el benzopireno que está presente en el humo del cigarrillo o el PCB que se encuentra en los grandes transformadores de electricidad. Ahora bien si pensamos en aspectos complejos del fenotipo como por ejemplo: la presencia de aptitudes artísticas o deportivas la inteligencia la agresividad la sexualidad o algunos otros rasgos del comportamiento no resulta sencillo establecer si su presencia se debe al genotipo del individuo o si hubo influencia ambiental. Johann Sebastian Bach y sus hijos fueron músicos reconocidos ¿eso significa que sus hijos heredaron esa capacidad ¿O será que estuvieron durante su vida inmersos en un ambiente favorable y estimulante para el desarrollo de esas condiciones artísticas¿Habrán influido ambos componentes: tanto el genotipo como el ambiente ¿es posible cuantificar la influencia de uno u otro Es difícil responder a estas preguntas. Se han hecho investigaciones científicas en este tema analizando casos de gemelos idénticos es decir aquellos que tienen el mismo genotipo. En especial se tuvieron en cuenta casos de hermanos gemelos separados al nacer dado que teóricamente crecieron en ambientes diferentes. Sin embargo la interpretación de los resultados suele depender de la postura de los investigadores. Es una de las cuestiones de la ciencia que se encuentra en plena discusión.

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Capítulo 2: La información genética se expresa 28 En un extremo del abanico de posiciones se encuentra la sociobiologia una teoría que postula entre otras cosas que el comportamiento social humano está determinado por la acción específica de los genes. Desde otro lado los críticos de esta posición plantean que el enfoque sociobiológico es reduccionista debido a que simplifica la explicación de rasgos complejos como por ejemplo la inteligencia humana asignándolos a un nivel de organización inferior es decir reduciendo ese carácter a la presencia de un determinado gen. Stephen Gould prestigioso paleontólogo y divulgador científico recientemente fallecido presenta en su libro La falsa medida del hombre una extensa crítica al determinismo biológico que postula la sociobiología. También Richard Lewontin a quien citamos en este mismo apartado cuestiona la posición determinista alertando sobre el trasfondo político asociado a este tema. ACTIVIDAD 1 a Mencione dos características de la especie Canis familiaris que incluye a todos los perros que usted considere que se deban exclusivamente a la presencia de determinados genes en esta especie de animal. b Mencione dos características de la misma especie en las que pueda plantear la influencia del ambiente en el fenotipo. ACTIVIDAD 2 a Elija una especie que usted conozca excepto el ser humano y describa su fenotipo. Indique cuáles de los aspectos del fenotipo de esa especie podrían ser modificados por factores ambientales. Explique su respuesta. b Ahora considere a una especie muy conocida por usted: el Homo sapiens. Piense en aspectos estructurales fisiológicos y de comportamiento que forman parte del fenotipo de los organismos de esta especie. ¿Cuáles de esas características cree usted que dependerán exclusivamente del genotipo ¿En cuáles puede identificar la influencia del ambiente ACTIVIDAD 3 En el siguiente texto se describen los resultados de un estudio que realizó un equipo de investigación argentino en un barrio de emergencia de la provincia de Buenos Aires. Después de leerlo responda las actividades que se encuentran a continuación. Es normal que los seres vivos crezcan aunque por lo general no reparemos en ello. No nos sorprende advertir que un bebé al que no habíamos visto por un corto tiempo ha experimentado cambios físicos acentuados. Dentro de los límites que le impone la forma global de la especie cada individuo posee la información sobre su modo particular de crecer su ritmo de desarrollo la maduración que alcanzará en las distintas edades y su eventual tamaño adulto final. En otras palabras cada ser humano crece según los rasgos propios de la especie su sexo y las características hereditarias de su familia. Pero también algunos factores ambientales ligados a las condiciones de vida de las poblaciones influyen en el crecimiento. Tienen una relevante gravitación pues según sean positivos o negativos pueden facilitar modificar y aún impedir la acción de los genes que controlan el proceso. De todos los factores ambientales la nutrición es el más importante. Según la Organización

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 29 Mundial de la Salud en los grupos sociales carentes de medios una dieta pobre en calorías o en proteínas es la causa principal de retraso del crecimiento una consecuencia que es directamente proporcional a la duración y a la intensidad de la causa así como a la demora en actuar para contrarrestarla. El estudio de grupos humanos con alto riesgo de padecer desnutrición como son las poblaciones de las áreas subdesarrolladas del planeta revela varias formas de alteración del patrón de crecimiento de los niños. Entre 1988 y 1990 el grupo de investigación que integran los autores llevó a cabo un estudio multidisciplinario en Villa IAPI una barriada pobre del partido de Quilmes donde viven unos cinco mil habitantes la mayoría de ascendencia mestizo europeo-indígena. Gran parte de los hombres trabajan en forma temporaria en la construcción o en changas para entes estatales y sufren períodos prolongados de desempleo o subempleo la mayoría de las mujeres cumple tareas domésticas. A las carencias propias de los bajos ingresos se suman la ausencia de redes de agua potable domiciliaria y de adecuadas instalaciones de eliminación de residuos y aguas servidas. La dieta de esta población según datos obtenidos tiene alto contenido de grasas y azúcares y bajo contenido de proteínas es frecuente el consumo de harinas en forma de tortas fritas y es infrecuente el de carnes huevos vegetales y frutas situación que permite suponer la existencia de desnutrición infantil. El estudio antropométrico llevado a cabo reveló menores tallas peso y perímetro muscular que los promedios un mayor pliegue cutáneo medida de la acumulación subcutánea de grasa que el promedio y un perímetro cefálico o tamaño del cerebro normal. Además se registraron valores bajos al medir la longitud del segmento inferior diferencia entre la estatura del individuo de pié y sentado esto prueba que la talla es afectada por el menor desarrollo de los miembros inferiores. Los resultados indican que el tipo de alimentación pobre en proteínas sobre todo en los primeros años de vida provoca incre- mento de la gordura subcutánea deficiencia de la masa muscular y modificación en las proporciones longitudinales del esqueleto con acortamiento de los miembros inferiores. La situación descripta en los niños de Villa IAPI que seguramente se repite en muchas poblaciones con condiciones socioeconómicas y ambientales similares es causada por la desnutrición oculta que provoca un deterioro físico importante en chicos cuya vida es en apariencia normal. Extraído de La influencia ambiental en el crecimiento humano Luis M. Guimarey y colaboradores. Revista Ciencia Hoy Volumen Nº 30 1995. a Identifique en el texto frases o párrafos en los que se haga referencia en forma explícita a alguno de los siguientes conceptos: fenotipo genotipo o ambiente. b En el trabajo de investigación se mencionan diversos aspectos fenotípicos. Diferencie las características muy poco modificadas por el ambiente de aquellas en las que se plantea una clara influencia ambiental. c ¿Cuáles son los factores ambientales que están influyendo en este caso d Algunos aspectos fenotípicos no son observables directamente sino que es necesario realizar análisis indirectos para identificarlos. Con respecto a este tema ¿a qué se refieren los autores del trabajo de investigación cuando mencionan a la desnutrición oculta ACTIVIDAD 4 a Indique en el texto citado previamente de Richard Lewontin qué conceptos corresponden al fenotipo y cuáles al ambiente.

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Capítulo 2: La información genética se expresa 30 b Mencione dos ejemplos relacionados con su vida cotidiana en los que pueda identificar la influencia de un fenotipo por ejemplo el suyo sobre el ambiente. ACTIVIDAD 5 Los siguientes textos describen situaciones en las que están implícitos los conceptos de genotipo fenotipo y ambiente. Después de leerlos responda las actividades que se encuentran a continuación. Texto 1 Un tipo de hongo Aspergillus flavus puede producir una sustancia tóxica denominada aflatoxina. Esta especie se encuentra habitualmente en los cultivos de maní nuez maíz y trigo pero sólo produce la toxina en ciertas condiciones de temperatura y humedad. Cuando los seres humanos incorporan la molécula aflatoxina se produce una intoxicación que desencadena una serie de efectos como: vómitos dolor abdominal edema pulmonar y cerebral convulsiones y coma que pueden llevar a la muerte. Pero además la ingestión o la inhalación de esta sustancia puede tener otras consecuencias. En 1988 la Organización Mundial de la Salud incluyó a la aflatoxina en la lista de toxinas cancerígenas. Esta decisión se basó en varios estudios epidemiológicos realizados en Asia y África que demostraron que existía una asociación entre las aflatoxinas y el cáncer hepático. Este efecto se debe a que esta sustancia produce alteraciones en el ADN de ciertas células. Texto 2 Muchos seres vivos pueden comunicarse con otros de la misma especie a través de sustancias químicas. Algunas especies vegetales como los sauces producen moléculas tóxicas o de mal sabor que funcionan como defensas poderosas contra los animales herbívoros. La síntesis de esas sustancias se inicia en respuesta al daño producido a la planta por ejemplo por insectos masticadores. Como el sabor de la planta les resulta desagradable se detiene la predación. Pero parece ser que estas plantas no sólo se protegen a sí mismas sino que también previenen a las plantas vecinas de la misma especie del ataque de un herbívoro. Supuestamente las hojas dañadas liberarían una sustancia volátil que al alcanzar las hojas de otra planta activa la síntesis de productos químicos defensivos. Texto 3 El trabajo de los científicos ha sacado a la luz numerosos aspectos del papel ejercido por la radiación solar en la incidencia anual de un elevadísimo número de casos de cáncer de piel. Si la piel es expuesta a la luz del sol irá acumulando alteraciones en la molécula de ADN mutaciones favorecidas por la radiación ultravioleta del espectro solar. Una célula puede caer en una multiplicación desenfrenada si una mutación transforma un gen normal en uno promotor del crecimiento o inactiva un gen encargado de poner freno a la división celular. Se sabe también que un importante factor de riesgo es la asociación entre una piel blanca con una intensa irradiación solar. Los habitantes de la costa australiana con piel blanca presentan la incidencia más elevada de todos los tipos de cáncer de piel de todo el mundo mientras que a los aborígenes de piel más oscura apenas les atañe este tipo de tumores. a Identifique en cada texto los tipos de interacciones presentes: genotipo-fenotipo fenotipo-ambiente ambiente-fenotipo o ambiente-genotipo. b Transcriba tres frases en las que se haga referencia a algunas de las relaciones

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 31 mencionadas. c Indique en cada caso cuál es la relación y describa sus componentes qué conceptos corresponderían al fenotipo al genotipo o al ambiente. d ¿Por qué cree usted que no hemos mencionado ningún caso en el que se establezca la siguiente relación: un genotipo que modifica al ambiente 2. ¿Qué son los genes Estructura del ADN Desde principios del siglo XX se comenzó a hablar de los genes. Se consideraba que eran aquello que estaba en el óvulo fecundado y que había sido heredado de los padres. A pesar de que no se conocía su composición ni cómo actuaban se utilizaba el concepto para explicar la permanencia de ciertos atributos en los organismos. Esa durabilidad o persistencia de los caracteres individuales fue justamente el dilema que obsesionó a Edwin Schrödinger un notable físico conocido como uno de los padres de la mecánica cuántica. “Déjenme que resalte una vez más esta situación verdaderamente asombrosa. Varios miembros de la dinastía de los Habsburgo tenían el labio inferior desfigurado de una manera peculiar. Si nos fijamos en los retratos de un miembro de la familia del siglo XVI y en un descendiente del siglo XIX podríamos suponer sin riesgo a equivocarnos que la estructura genética material a la que se debe el rasgo anormal ha pasado de generación en generación a lo largo de los siglos fielmente reproducido.” Edwin Schrödinger ¿Qué es la vida 1944 Pero ¿de qué están hechos los genes ¿cómo es posible que puedan garantizar la permanencia de ciertas propiedades a través de las generaciones Las respuestas a estos interrogantes llegarón recién después de la primera mitad del siglo pasado. El genotipo es el conjunto de genes de un organismo y contiene la información relacionada con la estructura y función de las células. No resultó sencillo imaginar las características de una molécula que pudiera cumplir con estas propiedades. Varios investigadores fueron aportando datos que representaron pequeños pasos en el camino que llevó a esclarecer la composición de esta molécula clave. En 1953 dos científicos James Watson y Francis Crick publicaron un trabajo en el que proponían un modelo para explicar la estructura y las propiedades de la molécula de la herencia: el ADN ácido desoxirribonucleico. Por este trabajo recibieron el premio Nobel en 1962 junto con Maurice Wilkins. Los ácidos nucleicos como el ADN son largas cadenas de nucleótidos. Los nucleótidos a su vez son moléculas formadas por tres componentes: un azúcar uno a tres fosfatos y una base nitrogenada ver figura 2.1. El azúcar de los nucleótidos del ADN se denomina desoxirribosa esta molécula está unida por una parte al fosfato y por otra a una base nitrogenada. Hay cuatro clases distintas de bases que dan el nombre a los cuatro tipos diferentes de desoxirribonucleótidos nucleótidos de ADN.

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Capítulo 2: La información genética se expresa 32 Los nombres de las bases que forman a cada uno de ellos son: Adenina A Timina T Citosina C y Guanina G. Figura 2.1: Composición química de un nucleótido en este caso de adenina y una representación más sencilla. Los desoxirribonucleótidos poseen un azúcar tipo desoxirribosa mientras que los ribonucleótidos poseen un azúcar tipo ribosa. Como el ADN está formado por muchas partes similares que se unen se lo considera un polímero. Cada una de esas partes cada nucleótido es un monómero. En las células eucariontes el ADN se encuentra en el núcleo. En cambio en las procariontes que no tienen membranas internas está ubicado en el citoplasma. La composición general de las moléculas de ADN de ambos tipos de células es la misma. La estructura del ADN está compuesta por dos cadenas de nucleótidos formando una doble hélice ver figura 2.2. En cada una de las cadenas el fosfato de un nucleótido se une al azúcar del siguiente por una unión química fuerte denominada enlace covalente. Estas cadenas están unidas entre sí por las bases nitrogenadas de cada nucleótido. Las uniones débiles entre estas moléculas enfrentadas son del tipo puente de hidrógeno y sólo ocurren entre ciertas bases nitrogenadas. Es por ello que se las llama bases complementarias. Como el tipo de base nitrogenada determina al tipo de nucleótido también podemos considerar complementarios a los nucleótidos formados por estas bases. Se puede comparar a una molécula de ADN con una larga escalera caracol. Los peldaños están formados por dos bases nitrogenadas enfrentadas cada una correspondiente a una de las cadenas. Las moléculas de azúcar y de fosfato que forman parte de cada nucleótido componen las barandas de la escalera. Con respecto a los niveles de organización de la materia vamos a considerar una célula cualquiera que como todas estará ubicada en el nivel celular cuya principal propiedad emergente es la de estar viva. Todas las células están formadas por moléculas que a su vez están compuestas por átomos unidos entre sí. En este caso mencionamos tres niveles de organización de diferente complejidad: celular molecular y atómico. Cada uno de estos niveles Recomendamos leer más sobre la estructura del ADN ver bibliografía al final del capítulo: Audesirk 2003. Recomendamos leer más sobre el descubrimiento de la estructura del ADN ver bibliografía al final del capítulo: Asúa 2003 O H H H H OH O- P O O CH 2 H N N N N NH 2 H H Base nitrogenada Azúcar O- P O O O- P O O -O Fosfato Fosfato Fosfato

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 33 contiene a los anteriores pero a su vez en cada nivel surgen nuevas propiedades emergentes que no estaban presentes en el nivel previo. Algunas grandes moléculas biológicas se clasifican en un nivel de mayor complejidad al molecular denominado macromolecular. Por ejemplo el ADN es considerado una macromolécula cada uno de los nucleótidos que lo componen son moléculas. A su vez esos desoxirribonucleótidos están formados por átomos de carbono C hidrógeno H oxígeno O nitrógeno N y fósforo P. Finalmente cada uno de estos elementos está formado por una serie de partículas subatómicas: los protones neutrones y electrones. Figura 2.2: Esquema del modelo de doble hélice del ADN Es decir ciertas clases de átomos se encuentran unidos formando parte de las moléculas presentes en una célula. Algunas de estas moléculas como por ejemplo los desoxirribonucleótidos pueden estar formando parte de estructuras mayores: en este caso del ADN una macromolécula. ACTIVIDAD 6 En la siguiente tabla están representados los datos que obtuvo Erwin Chargaff 1950 al romper moléculas de ADN y separar en su laboratorio las bases nitrogenadas de manera tal de identificar la proporción de cada tipo. a Watson y Crick pudieron acceder a estos datos mientras diseñaban el modelo que representaría la estructura del ADN. A pesar de pequeños errores experimentales ¿qué información cree usted que les aportaron los resultados obtenidos por Chargaff

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Capítulo 2: La información genética se expresa 34 b Antes dijimos que las bases nitrogenadas se enfrentan en forma complementaria teniendo en cuenta los datos de la tabla ¿cuál sería esa complementariedad c Observe la estructura química de los nucleótidos representada en la figura 2.1 ¿qué relación encuentra entre la estructura y la complementariedad de las bases nitrogenadas ACTIVIDAD 7 Si la siguiente secuencia de nucleótidos fuera parte de una de las cadenas del ADN ¿Cuál sería el orden de nucleótidos de la cadena complementaria .....TTTTAAAAATAAATTTAAATCGGGAACTACCGGATAGAGCGGAAAT…. ACTIVIDAD 8 a ¿En qué nivel de organización de la materia ubicaría a una base nitrogenada ¿Por qué b Haga un listado con los nombres de todos los niveles de organización mencionados hasta el momento. Ordénelos en forma creciente es decir de menor complejidad a mayor. c En el texto de este apartado hay una frase que dice: “Cada uno de estos niveles contiene a los anteriores”. Explíquela con un ejemplo. d Piense en un ser humano ¿en qué nivel de organización ubicaría al individuo Partiendo de dicha ubicación indique ejemplos que correspondan a cada uno de los niveles de organización mencionados en el ítem b que estarían contenidos en un ser humano. 3. ¿Qué clase de información tiene un gen Relación ADN - proteínas Volvemos a una de las primeras preguntas que planteamos ¿qué son los genes Al inicio de este capítulo dijimos que los genes son unidades de información genética pero ¿qué queremos decir cuando hablamos de información genética ¿dónde está el mensaje ¿cómo está almacenado Para responder tenemos que considerar a la estructura del ADN. Cada una de estas macromoléculas tiene miles de nucleótidos de largo que pueden estar ordenados formando millones de secuencias distintas. La enorme variación posible depende de la alternancia de sólo cuatro unidades diferentes. Y justamente la información hereditaria está en esas secuencias en el orden de nucleótidos del ADN. Por lo tanto la estructura Composición porcentual Especie A G C T Ser humano 30.4 19.6 19.9 30.1 Trigo 28.1 21.8 22.7 27.4 Erizo de mar 32.8 17.7 17.3 32.2

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 35 de un gen es una secuencia de desoxirribonucleótidos. Retomando la metáfora del lenguaje de los genes cada nucleótido sería como una letra de un alfabeto que tiene sólo cuatro: A T G y C. Así como las combinaciones de una serie de letras forman palabras con significados distintos diferentes secuencias de nucleótidos implican diversos mensajes en el lenguaje de los genes. Pero ¿qué es lo que informan los genes Habíamos planteado que un determinado gen se vincula con una característica del fenotipo del organismo. Entonces podemos decir que un gen sería una secuencia de ADN que lleva información vinculada con una característica. Los resultados obtenidos en diversos trabajos de investigación permitieron postular que los genes son como recetas que determinan cómo se construye un tipo de molécula fundamental para la actividad de cualquier célula: las proteínas. Como veremos en el apartado siguiente una proteína es una macromolécula formada por unidades más pequeñas llamadas aminoácidos. Se conocen veinte tipos distintos de aminoácidos que pueden estar unidos en diferente orden formando parte de proteínas. Un tipo de proteína tiene una determinada secuencia de aminoácidos y es ese encadenamiento particular lo que está informado en los genes. Entonces ajustemos un poco más la definición: ahora podemos plantear que un gen es una secuencia de nucleótidos de ADN que informa para la secuencia de aminoácidos de una proteína. Pero ¿cómo se traduce el lenguaje de los genes al idioma de las proteínas Antes de responder a esta pregunta vamos a conocer a las proteínas moléculas con enorme importancia en la vida celular. ACTIVIDAD 9 Explique el significado de la analogía mencionada en el texto entre los genes y las palabras. ACTIVIDAD 10 a ¿Por qué las proteínas son consideradas polímeros b ¿Cuáles son los monómeros de las proteínas c ¿En qué nivel de organización las ubicaría ¿Por qué 4. ¿Cómo son y qué hacen las proteínas Estructura y función de las proteínas Las proteínas constituyen el tipo de molécula orgánica más abundante en las células. A pesar de tener una estructura química básica similar estas macromoléculas tienen multiplicidad de funciones. Por ejemplo en nuestro cuerpo las proteínas actina y miosina son las responsables de la contracción muscular. La hemoglobina y la mioglobina que se encuentran en los glóbulos rojos de la sangre y en las células musculares respectivamente son proteínas transportadoras de O 2 . El colágeno es un tipo de proteína estructural resistente a la deformación que se encuentra en la piel los tendones los ligamentos los cartílagos los huesos y las córneas de los ojos. Una proteína presente en todos los

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Capítulo 2: La información genética se expresa 36 vertebrados es la queratina en nuestro caso forma parte de las uñas y el pelo pero también es el componente principal de las plumas cuernos escamas y de la lana que producen otras especies. Algunas proteínas tienen función hormonal es decir actúan como mensajeros químicos encargados del control de ciertos procesos. La insulina y la tirosina hormona de crecimiento son algunos ejemplos de proteínas con esta función reguladora. Como vemos hay diversas clases de proteínas con diferentes funciones. Pero queremos destacar un tipo especial: las enzimas. Las moléculas de este grupo son las encargadas de las transformaciones químicas que ocurren en las células. Es decir en todos los procesos de construcción o desarmado de moléculas que se llevan a cabo en una célula intervienen enzimas. Es por ello que estas proteínas tienen un rol protagónico en el metabolismo celular. Todas las proteínas están formadas por cadenas de aminoácidos. Existen veinte tipos diferentes de aminoácidos cada uno de ellos con una característica química particular. A pesar de que todos tienen una estructura básica similar ver figura 2.3 cada tipo se caracteriza por una parte que es variable denominada grupo R. Entre otras cosas los grupos R se diferencian entre sí porque pueden estar formados por un solo átomo o por varios además algunos son no polares o hidrofóbicos rechazo al agua y otros son polares o hidrofílicos atracción por el agua. Figura 2.3: Estructura de algunos aminoácidos con distintas características químicas. Las zonas recuadradas corresponden al grupo R de cada uno de ellos. En las células los aminoácidos se van uniendo de a uno por vez al formarse una proteína este ordenamiento lineal es la estructura primaria de esa proteína ver figura 2.4. Las uniones que se establecen entre ellos H H 2 N C COOH H H 2 N C COOH H H 2 N C COOH H H 2 N C COOH H CH CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 COO - CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 3 + Glicina no polar Glutamato con carga negativa Lisina con carga positiva Valina polar sin carga

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 37 son del tipo covalente y a cada una se la denomina unión peptídica. Es por ello que al hablar de una cadena de aminoácidos también se utiliza el término polipéptido. A medida que la cadena se va formando ocurren interacciones entre los distintos aminoácidos. Como resultado de la atracción entre la parte amino de un aminoácido y la porción ácida de otro se forma una configuración denominada estructura secundaria. Otras fuerzas en este caso relacionadas con las características químicas de los grupos R de los aminoácidos también intervienen en el plegamiento. Algunos aminoácidos se atraen entre sí mientras que otros se repelen. Además el tamaño de los grupos R de los aminoácidos puede variar si el grupo R es voluminoso puede interferir generando un plegamiento particular. Al mismo tiempo si consideramos un medio acuoso como es el citoplasma de una célula los aminoácidos hidrofóbicos tenderán a agruparse a medida que se forma la proteína ubicándose hacia el interior de la molécula en cambio los hidrofílicos quedarán más expuestos y en contacto con el agua del medio. Esta conformación espacial que resulta de las interacciones entre los grupos R de los aminoácidos se denomina estructura terciaria o tridimensional de una proteína. Muchas proteínas están formadas por más de un polipéptido que se mantienen unidos por diferentes clases de interacciones. En este caso se dice que la proteína tiene estructura cuaternaria. En definitiva la estructura tridimensional que adopta una proteína es el resultado de las múltiples interacciones entre los diferentes aminoácidos que la componen pero también influye en su plegamiento el ambiente químico en el que se encuentra cada una de estas macromoléculas. Figura 2.4: Estructura primaria de una proteína secuencia lineal de aminoácidos y el plegamiento de la proteína o estructura tridimensional. El número de diferentes secuencias posibles de aminoácidos es enorme. Así como se pueden combinar las letras de nuestro alfabeto y formar infinidad de palabras podemos pensar en el número de combinaciones posibles de los aminoácidos al formar una proteína. De acuerdo al ordenamiento particular de sus monómeros es que finalmente Recomendamos leer más sobre la características de los aminoácidos y estructura de las proteínas ver bibliografía sugerida: Curtis 2000. Estructura primaria lineal - no plegada Estructura tridimensional plegada Uniones químicas fuertes Uniones químicas débiles

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Capítulo 2: La información genética se expresa 38 una proteína adquirirá una determinada forma espacial. Esta estructura final es la que definirá la función de cada proteína. Es decir un determinado ordenamiento de aminoácidos conducirá a una estructura tridimensional particular y esta conformación de una proteína será la que le permitirá realizar cierta función y no otra. Como dijimos anteriormente el ambiente celular influye en la forma espacial que adquiere una proteína. Ciertas sustancias presentes en el medio pueden interactuar con los aminoácidos que conforman a las proteínas debilitando las uniones de tipo puente de hidrógeno que mantienen la estructura terciaria. De esta manera se puede desestabilizar la conformación de una proteína. El pH del ambiente en el que se encuentra una proteína también afecta su estructura tridimensional. Esta forma espacial depende entre otros factores de la atracción y repulsión entre las cargas eléctricas de los aminoácidos que la forman. Cuando el pH cambia estas cargas también lo hacen de manera tal que las interacciones entre estas moléculas pasan a ser diferentes. Como consecuencia se modifica la configuración espacial de la proteína y se altera su función. En el caso de las enzimas el pH óptimo de una clase no es igual al de otra. Por ejemplo la enzima digestiva pepsina es activa en un medio ácido pH muy bajo como es el del estómago. En cambio la amilasa salivar es funcional sólo a pH neutro alrededor de 7. Otro factor ambiental que tiene influencia en la estructura espacial de las proteínas es la temperatura. Si la temperatura aumenta mucho como por ejemplo cuando supera los 50ºC la agitación de las moléculas se hace muy intensa. De esta manera se rompen las uniones débiles que mantenían la forma de la proteína y la molécula pierde su estructura tridi- mensional. Cuando esto ocurre se dice que la proteína está desnaturalizada. Pero a pesar de esta alteración en este caso se mantienen las uniones covalentes entre los aminoácidos y por lo tanto no se modifica la estructura primaria de la proteína ACTIVIDAD 11 El colágeno es un tipo de proteína fibrosa formada por una secuencia repetida de aminoácidos. Cada tres aminoácidos uno es glicina el más pequeño de todas estas moléculas. Esto permite que la proteína se enrolle en una espiral cerrada formando fibrillas que a su vez se asocian en fibras de mayor tamaño con enorme resistencia a la tensión. a Indique en qué parte del texto anterior se hace referencia a los siguientes conceptos: estructura primaria y estructura terciaria. b Utilizando el colágeno como ejemplo describa la relación estructura-función de una proteína. ACTIVIDAD 12 La anemia falciforme es una enfermedad genética humana que se debe al cambio en un único aminoácido en una de las cadenas de la proteína hemoglobina. En este caso un ácido glutámico aminoácido hidrofílico es reemplazado por valina un aminoácido que tiene un grupo R hidrofóbico. Esta proteína que se encuentra en el interior de los glóbulos rojos es responsable del transporte de O 2 a todas las células del cuerpo humano. La hemoglobina fallada presente en las personas con anemia pH: El pH es una medida de la acidez de una solución. Sus valores van de 0 a 14. Cuanto más bajo es el pH más ácida es la solución. Una solución de pH 7 es neutra. A valores más altos la solución es cada vez más alcalina.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 39 falciforme tiene una conformación tal que influye en el cambio de forma de los glóbulos rojos haciéndolos más frágiles. Por este motivo se destruyen fácilmente y esto provoca anemia. a Indique en el texto tres conceptos que usted pueda ubicar en un determinado nivel de organización de la materia. Ordénelos de manera decreciente y mencione el nivel correspondiente. b Explique cómo es posible que un cambio en un único aminoácido en la hemoglobina afecte la actividad de esta proteína. c Refiriéndose a la situación descripta redacte un párrafo vinculando los siguientes términos: secuencia de aminoácidos estructura tridimensional y función de una proteína. ACTIVIDAD 13 Agrupe de a pares los conceptos del siguiente listado que considere que tienen un significado similar: secuencia de aminoácidos – función de una proteína - estructura tridimensional - estructura terciaria - estructura primaria - forma espacial de una proteína – actividad biológica de una proteína. ACTIVIDAD 14 En el primer apartado del capítulo relacionamos el genotipo con el fenotipo de un organismo. Explique esta relación utilizando la información del apartado 3 y 4. Para facilitar su explicación utilice un ejemplo. 5. Las enzimas: proteínas que aceleran procesos biológicos Enzimas: catalizadores biológicos La presencia de enzimas en las células permite que se puedan realizar transformaciones químicas a gran velocidad. Las enzimas consideradas catalizadores biológicos se asocian temporariamente con las moléculas que reaccionan y de esta manera las acercan entre sí. Esta asociación pasajera puede debilitar los enlaces químicos que existen en esas moléculas y favorecer la formación de otros nuevos. Es por ello que en presencia de enzimas las reacciones químicas ocurren mucho más rápido y a velocidades compatibles con la vida celular. Se conocen muchísimas enzimas diferentes cada una de las cuales es capaz de catalizar una reacción específica al asociarse con ciertas sustancias y no con otras. A esas moléculas a las que se une temporalmente una determinada enzima y de esta manera las transforma se las denomina: sustratos. Cada tipo de enzima tiene una estructura espacial estrechamente relacionada con la función que desempeña. Estas proteínas están plegadas formando una especie de surco denominado sitio activo en el que encaja el o los sustratos que tendrá una forma espacial complementaria ver figura 2.5. Las enzimas no sufren ninguna modificación permanente en el proceso en el que intervienen de esta manera pueden catalizar la misma transformación en forma reiterada. En cambio al formarse nuevas uniones

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Capítulo 2: La información genética se expresa 40 químicas los sustratos son transformados en otras moléculas diferentes: los productos. La velocidad de la mayoría de las reacciones enzimáticas se incre- menta al aumentar la temperatura pero sólo hasta cierto punto. La actividad de las enzimas en las células humanas y de otros mamíferos alcanza un valor máximo aproximadamente a los 40ºC. Por encima de esa temperatura la velocidad de la reacción comienza a descender drásticamente y alrededor de los 60ºC la actividad enzimática se detiene completamente esto se debe a la desnaturalización de las enzimas que intervienen en el proceso. Figura 2.5: Modelo de especificidad de enzima-sustrato. Si el proceso de desnaturalización fue parcial generalmente se puede revertir y al disminuir la temperatura las cadenas desplegadas se pliegan de nuevo en su conformación original. Sin embargo si la desnaturalización es drástica será irreversible. La enzima habrá perdido su estructura tridi- mensional característica y permanecerá inactiva aún cuando disminuya la temperatura. A medida que disminuye la temperatura del medio en el que actúa una enzima el movimiento de estas proteínas así como el de todas las moléculas se va haciendo más lento. Si la velocidad de movimiento de las enzimas y de los sustratos es menor estas moléculas demorarán más tiempo en encontrarse. Por lo tanto a medida que desciende la temperatura disminuye la velocidad de las reacciones enzimáticas. ACTIVIDAD 15 a ¿Cómo se relaciona la especificidad de las enzimas con su estructura tridimen- sional b En algunos libros se utiliza la imagen de una llave y una cerradura como analogía para explicar algunos de los aspectos de la relación entre la estructura de una enzima y su sustrato. ¿Qué aspectos comunes encuentra entre ambas situaciones c ¿Cómo se relaciona la estructura primaria de una enzima con su estructura espacial d ¿Qué relación tiene esta última estructura con la actividad de la enzima Sitio activo Sustratos ENZIMA COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO ENZIMA Producto

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 41 ACTIVIDAD 16 En un laboratorio de investigación se está estudiando la estructura y actividad de una enzima que llamaremos Z. En uno de los experimentos que realizó el equipo los investigadores colocaron diferentes concentraciones de enzima Z en cinco tubos de ensayo que contenían agua. También agregaron una gran cantidad de sustrato a todos los tubos de manera tal que estuviera en exceso durante el tiempo que duró la experiencia. La temperatura fue de 30ºC para todos los tubos de ensayo. Luego de 30 minutos se midió cuanto producto enzimático había en cada tubo. Los resultados obtenidos se presentan en el siguiente gráfico: a ¿Cuál es la variable independiente ¿cuál la dependiente Explique cómo identifica a cada una. b Describa los resultados que se representan en el gráfico. c ¿Qué ocurriría si en uno de los tubos de ensayo se hubiera acabado el sustrato antes de los 30 minutos d ¿Qué valor de actividad enzimática cree usted que hubieran obtenido si en uno de los tubos no agregaban sustrato ACTIVIDAD 17 En el mismo laboratorio mencionado en el problema anterior se realizó otro experimento para analizar la actividad de la enzima Z con diferentes concentraciones de sustrato. En este caso la cantidad de enzima Z presente en todos los tubos de ensayo se mantuvo constante pero se fue incrementando la concentración de sustrato en solución en cada tubo. Se dejó actuar a las enzimas durante 15 minutos a 30 ºC de temperatura. Los resultados obtenidos se presentan en el siguiente gráfico: a Describa los resultados obtenidos. b ¿Con qué concentración de sustrato se alcanzó la actividad máxima c ¿Por qué cree usted que a pesar de que se aumenta la cantidad de sustrato en algunos tubos la actividad enzimática se mantiene constante d ¿Qué resultados se hubieran obtenido si la experiencia se realizaba a 70ºC ACTIVIDAD 18 a ¿Qué condiciones ambientales pueden modificar la actividad de una enzima b ¿Esas condiciones modifican la estructura primaria de la enzima c ¿Esas condiciones modifican la estructura terciaria de la enzima 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Concentración de la enzima mg/ml Act. enzimática mg de producto 0 20 40 60 80 100 120 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Concentración de sustrato mg/ml Act. enzimática mg de producto

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Capítulo 2: La información genética se expresa 42 ACTIVIDAD 19 En algunos frutos como por ejemplo en las manzanas está presente una enzima polifenoloxidasa: PPO que actúa en la formación de una sustancia que produce la coloración parda que se observa cuando se corta esa fruta y se la deja expuesta al aire. Ese proceso se denomina pardeamiento y ocurre siempre que estén dadas ciertas condiciones ambientales. a Le proponemos cortar una manzana roja a la mitad y rociar sólo una de esas mitades con abundante jugo de limón. Observe después de un tiempo ambas partes de la manzana. ¿Qué diferencia observa entre las dos mitades b ¿Cómo explica esa diferencia piense en las condiciones del ambiente de cada media manzana c Haciendo referencia a este caso describa la relación: ambiente estructura primaria estructura terciaria y función. 6. ¿Cómo se lee la información para construir una proteína Estructura y función del ARN - Transcripción Una vez que se pudo establecer que la secuencia de bases de los nucleótidos de un gen dictaba la secuencia de aminoácidos de una proteína el problema pasó a ser una cuestión de traducción entre dos lenguajes distintos: ¿cómo es que el orden de los nucleótidos especifica la ubicación de los aminoácidos en una proteína Aquí entra en escena otra clase de ácido nucleico: el ARN ácido ribonucleico. Las moléculas de ARN al ser ácidos nucleicos también están formadas por nucleótidos. Pero los nucleótidos de ARN ribonucleótidos son un poco diferentes de los que componen al ADN ver figura 2.1. Están formados por un azúcar que se denomina ribosa una a tres moléculas de fosfato y una base nitrogenada. En este caso las bases son: adenina A citosina C guanina G y uracilo U. Las tres primeras también pueden formar parte de nucleótidos de ADN pero no hay ribonucleótidos que tengan timina como base nitrogenada en su lugar existe otro con uracilo. En las células se encuentran tres clases de ARN: el ARN mensajero ARNm el ARN ribosomal ARNr y el ARN de transferencia ARNt todos intervienen en la fabricación de las proteínas aunque tienen roles diferentes. Como en las células eucariontes el ADN se encuentra en el núcleo y no sale del mismo pero la fabricación de las proteínas se realiza en los ribosomas que están localizados en el citoplasma se realiza una copia de la información genética que llega al lugar de síntesis de proteínas. El proceso por el cual se construye al ARN que es el intermediario en este cambio de lenguaje del ADN a las proteínas se denomina transcripción. Como en todo proceso metabólico en la transcripción intervienen enzimas. La enzima que tiene el rol protagónico en este caso es la ARN polimerasa que tiene como función la formación de una molécula de ARN al unir entre sí a los ribonucleótidos que se ubican en forma complementaria a la secuencia de desoxirribonucleótidos de un gen ver figura 2.6. Para sintetizar una proteína primero se lee el gen que contiene el plano

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 43 que indica cómo van a estar unidos los aminoácidos que la forman. El proceso de lectura comienza cuando la enzima ARN polimerasa se une al promotor una secuencia particular de ADN que se encuentra al comienzo de cada gen. Una vez que reconoce la zona que nunca se copia la enzima se va desplazando a lo largo del gen uniendo entre sí a los ribonucleótidos ubicados en forma complementaria al molde de ADN. Este proceso termina cuando la ARN polimerasa encuentra una secuencia de nucleótidos que funciona como señal de finalización del proceso. Figura 2.6: Transcripción. Para realizar las uniones entre los ribonucleótidos como en todos los procesos de síntesis es necesario el aporte de energía química. Los ribonucleótidos que se utilizan como materia prima tienen tres fosfatos unidos al azúcar ribosa están trifosfatados. La energía para realizar las nuevas uniones entre los ribonucleótidos se obtiene a partir de la ruptura de los enlaces entre los últimos grupos fosfato de estas moléculas. De esta manera al formarse el ARN quedan los ribonucleótidos con un solo fosfato unidos entre sí. Como resultado de este proceso se obtiene una molécula de ARN formada por una secuencia de ribonucleótidos que será complementaria a la del gen que se leyó. Todos los tipos de ARN se sintetizan de esta manera pero sólo los ARNm tienen como función llevar el mensaje para construir una proteína y por eso reciben esa denominación. Sin embargo los otros dos tipos de ARN también tienen un rol muy importante en la siguiente etapa. ADN ARN Ribonucleótidos libres ARNpol Núcleo Síntesis: fabricación de sustancias más complejas a partir de sustancias más sencillas.

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Capítulo 2: La información genética se expresa 44 ACTIVIDAD 20 a Compare la estructura del ADN y del ARN. Mencione dos semejanzas y dos diferencias. b En el texto mencionamos tres tipos diferentes de ARN. ¿Cuáles son c ¿Qué propiedades comparten las tres clases de ARN y en qué se diferencian ACTIVIDAD 21 a Si pensamos en una célula eucarionte ¿cuál es el lugar en el que se desarrolla la transcripción ¿Y en una célula procarionte b El proceso de transcripción del ADN recibe esa denominación debido a una serie de similitudes con la acción de transcribir un texto. ¿Qué aspectos comunes entre estos procesos cree usted que se tuvieron en cuenta para pensar en esta analogía c En el proceso de transcribir un texto es una persona quien realiza la acción. Pensando en la analogía ¿quién sería el actor que transcribe el mensaje del ADN d ¿Cuáles son las señales que indican el comienzo y el fin del proceso de transcripción e ¿Quién reconoce esas indicaciones f ¿Qué ocurriría con el proceso de transcripción si por alguna causa se modificara la señal que indica el inicio de un gen de manera que no sea reconocida como tal ACTIVIDAD 22 Suponiendo que la siguiente secuencia de nucleótidos corresponde a un gen realice la transcripción del mismo. ACTIVIDAD 23 Suponga que usted es un investigador que quiere producir la síntesis de ARN a partir de un determinado gen y entonces coloca en un tubo de ensayo todo lo necesario para el proceso de transcripción. a ¿Qué elementos deberían estar presentes en el tubo de ensayo b ¿Cuáles de esas moléculas son sustratos del proceso de transcripción c ¿Cuál es el producto d ¿Cómo se sintetizan las moléculas de ARN ribosomal y de ARN de transferencia ACTIVIDAD 24 Más tarde usted repite la experiencia de la actividad anterior pero como está distraído se confunde y en vez de agregar ribonucleótidos de adenina pone una mezcla de desoxirribonucleótidos que tiene guardados en un recipiente muy parecido. a ¿Qué producto espera obtener en el tubo de ensayo¿Por qué b ¿Qué ocurrirá si prepara otro tubo con todo lo necesario pero como sigue distraído en vez de poner la preparación a 30ºC de temperatura la pone a 80ºC Justifique su respuesta. c Finalmente lo intenta por tercera vez y decide colocar la mezcla a 2ºC para ver que es lo que sucede. ¿Qué cree que ocurrirá en esta oportunidad Explique.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 45 ACTIVIDAD 25 En las células de su piel se produce una proteína denominada queratina. Como primer paso del proceso de fabricación de esa proteína en el núcleo de esas células se realiza la transcripción del gen que tiene la información sobre cómo sintetizar queratina. Redacte un texto en el que relacione el proceso de transcripción de ese gen con los siguientes conceptos: ARN polimerasa ribonucleótidos y secuencia de ADN. 7. ¿Cómo se traduce el mensaje Desde al ARN a la proteína Síntesis de proteínas La molécula de ARN mensajero lleva a los ribosomas que se encuentran en el citoplasma una copia de la información para construir una proteína. Los ribosomas están formados por otro tipo de ARN ARNr y proteínas ribosomales debido a esta asociación entre dos clases de macromoléculas es que se ubica a los ribosomas en el nivel de organización: complejo de macromoléculas. En ellos se realiza la traducción del mensaje que porta el ARNm al lenguaje de proteínas. Los ARN de transferencia son actores muy importantes en este proceso. Cada uno de ellos está compuesto por una cadena de ribonucleótidos plegada con forma de hoja de trébol. Como se observa en el esquema ver figura 2.7 uno de los extremos el que correspondería al tallo del trébol es el sitio de unión a un aminoácido. En las células hay por lo menos veinte clases distintas de ARNt cada uno de los cuales puede estar unido a un sólo tipo de aminoácido. Pero ¿cómo identifica el ARNt a cuál de estas moléculas debe unirse Ese reconocimiento lo realiza un grupo de enzimas aminoacil ARNt sintetasas. Cada una de ellas reconoce a un determinado aminoácido y lo une cuando se encuentra con el ARNt apropiado. Así quedan los ARNt listos para intervenir en el proceso de traducción. Las moléculas de ARNt se diferencian unas de otras por el anticodón que es una secuencia de tres ribonucleótidos ubicados en el extremo opuesto a la zona de unión a su aminoácido. Esta parte de la estructura del ARNt es reconocida por las enzimas encargadas de asignarle un aminoácido. Como ya presentamos al escenario y a los actores sólo nos resta describir la trama del proceso de síntesis de una proteína. Comienza cuando un ARNm se ubica en uno de los ribosomas que se encuentran en el citoplasma. El mensaje que tiene el ARNm se va a decodificar de a tres nucleótidos por vez cada una de estas unidades de la secuencia de ribonucleótidos se denomina triplete o codón. El ribosoma se va desplazando a lo largo de la cadena de ARNm hasta que encuentra un triplete AUG que es la señal de inicio que pone en marcha la traducción ver figura 2.8a. Ahora entran en escena los ARNt cada uno cargado con el aminoácido correspondiente.

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Capítulo 2: La información genética se expresa 46 Primero se ubica en el ribosoma un ARNt que tiene el anticodón complementario al codón AUG. A continuación se coloca otro que se ensambla con el triplete siguiente y así quedan los dos ARNt cada uno con su aminoácido uno al lado del otro. Una enzima que forma parte del ribosoma separa el aminoácido del primer ARNt y lo une al que tiene el segundo ARNt que ahora tendrá una cadenita de dos aminoácidos. El primero de los ARNt queda vacío y abandona el ribosoma dejando un sitio libre ver figuras 2.8b-2.8d. El ribosoma se mueve al siguiente codón del ARN mensajero se ubica un nuevo ARNt complementario a la secuencia de ese triplete. La misma enzima que actuó antes separa del ARNt a la pequeña cadena de dos unidades y la une al aminoácido que lleva el nuevo ARNt. Otra vez el ribosoma se corre y se reitera el proceso muchas veces hasta que encuentra un codón de terminación que como no es reconocido por ningún ARNt indica el fin del proceso de síntesis de una proteína ver figuras 2.8e-2.8g. Figura 2.8: Síntesis de proteínas. a Iniciación b-g Elongación y h Terminación. Recomendamos leer más cómo se descifró el código genético ver bibliografía al final del capítulo: Curtis 2000. A U G C A U Ribosoma Sub-unidad menor ARNt ARNm met Citoplasma Codón de inicio Ribosoma Sub-unidad mayor a A U G C A U Ribosoma ARNt ARNm ARNt met gly Citoplasma b A U G c A U G d

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 47 Como vimos la información presente en el orden de los nucleótidos del ADN se transcribe en una secuencia de ARN. En este caso la correspondencia es sencilla un tipo de nucleótido de ADN se complementa con uno de ARN. Pero ¿cómo se puede traducir un código de cuatro letras el de los ácidos nucleicos a otro de veinte símbolos. Para intentar responder este dilema varios grupos de investigación trabajaron con diversas hipótesis y finalmente en la década de 1960 se descifró mediante diversos experimentos el código genético que es el sistema de equivalencias entre nucleótidos y aminoácidos ver figura 2.9. Figura 2.9: Código genético A U G h A U G Codón STOP g A U G e A U G f UUG Leucina leu UUA UUC Fenil -Alanina phe UUU UCG UCA UCC Serina ser UCU STOP UAG STOP UAA UAC Tirosina tyr UAU Triptofano trp UGG STOP UGA UGC Cisteina cys UGU CUG CUA CUC Leucina leu CUU CCG CCA CCC Prolina pro CCU CAG Glutamina gln CAA CAC Histidina his CAU CGG CGA CGC Arginina arg CGU Metionina met AUG AUA AUC Iso- Leucina iso AUU ACG ACA ACC Treonina thr ACU AAG Lisina lys AAA AAC Asparragina asn AAU AGG Arginina arg AGA AGC Serina ser AGU GUG GUA GUC Valina val GUU GCG GCA GCC Alanina ala GCU GAG Glutamato glu GAA GAC Aspártato asp GAU GGG GGA GGC Glicina gly GGU G A C U G A C U Segunda letra Primera letra G A C U G A C U G A C U G A C U Tercera letra

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Capítulo 2: La información genética se expresa 48 Este código es universal dado que en las células de todos los seres vivos rige el mismo sistema de equivalencias. Cada triplete codifica para un aminoácido y sólo para uno por eso no es ambiguo. Sin embargo a más de un codón le puede corresponder el mismo aminoácido es por ello que se dice que el código genético es redundante o degenerado. ACTIVIDAD 26 Imagine que usted es un investigador e intenta conocer cómo se realiza la síntesis de una proteína P. Para comenzar a trabajar usted dispone de ARN mensajero sintetizado a partir del gen P que se encuentra en las células de Mus Musculinus un ratón de campo a ¿Qué debe agregar usted en un tubo de ensayo para que se realice la síntesis de la proteína P b ¿Cuál o cuáles de esos elementos son sustratos del proceso de traducción c ¿A qué temperatura debería colocar el tubo de ensayo ¿por qué d Un tiempo después usted quiere sintetizar la proteína M que habitualmente está presente en células humanas. Como no tiene mucho presupuesto necesita saber: ¿cuáles de los elementos que utilizó en el experimento anterior podría volver a utilizar ¿Cuáles necesita conseguir Exlique su respuesta. ACTIVIDAD 27 Las tres clases de ARN cumplen funciones relacionadas con la síntesis de proteínas. Describa brevemente el rol de cada uno de los tipos de ARN en este proceso. ACTIVIDAD 28 En el último apartado describimos la actividad de dos de las numerosas enzimas que intervienen en el proceso de traducción. a ¿Cuál es la función de cada una de ellas b ¿Qué sustratos reconoce cada una c Explique por qué es necesario el aporte de energía para que se lleve a cabo la síntesis de proteínas. ACTIVIDAD 29 La síntesis de ARN recibió el nombre de transcripción por analogía con la acción de transcribir un texto en cambio al proceso de síntesis de proteínas se lo denomina traducción. a ¿Por qué considera usted que se le asignó esa denominación b ¿Qué diferencias encuentra entre los procesos de transcripción y de traducción c ¿Podría mencionar alguna similitud ACTIVIDAD 30 a ¿Cuál es la señal de inicio de la traducción b ¿Cuál es la señal de terminación c ¿En qué molécula se encuentran esas señales ACTIVIDAD 31 En las células musculares de todos los seres humanos se sintetiza la proteína miosina que interviene en la contracción muscular. Redacte un texto en el que relacione el proceso de síntesis de miosina con los siguientes conceptos: genotipo secuencia de aminoácidos ARN mensajero y actividad enzimática.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 49 ACTIVIDAD 32 En el último apartado describimos el proceso por el cual se sintetiza una proteína pero en las células se pueden producir en unos pocos minutos cientos o miles de proteínas del mismo tipo. ¿Cómo puede explicar este hecho ACTIVIDAD 33 Realice la transcripción de la siguiente secuencia de ADN: a ¿A qué molécula representa la secuencia que obtuvo al transcribir b Ahora utilizando el código genético figura 2.9 realice la traducción de la secuencia que transcribió. c En una cadena proteica recién sintetizada el primer aminoácido es siempre el mismo ¿por qué ACTIVIDAD 34 En el texto del apartado 7 mencionamos algunas propiedades del código genético a Una de esas propiedades es un argumento que apoya la idea del origen común de todos los seres vivos. ¿A qué propiedad del código nos estamos refiriendo b Mencione dos aminoácidos que estén codificados por más de un triplete de nucleótidos. ¿cómo se denomina esta característica del código genético c ¿Qué significa que el código no sea ambiguo ¿Qué importancia tiene esta propiedad ACTIVIDAD 35 Después de leer el siguiente texto responda las consignas que se encuentran a continuación: “Si se intenta establecer una comparación simple para valorar la información que maneja una célula el genoma podría ser equiparado a una enorme biblioteca ubicada dentro del núcleo celular.… Incluye varios estantes con muchos libros que constituyen las unidades de información. Cada uno de estos libros contiene las instrucciones para fabricar sólo un “ladrillo” proteína estructural o una “herramienta” proteína con acción enzimática de los tantos elementos que hacen falta para edificar o poner en marcha a una célula. Los ladrillos y las herramientas son fabricados fuera de la biblioteca por lo cual es necesario tomar la información del núcleo celular. Pero lamentablemente no es posible retirar de allí los libros. Así en la biblioteca existen fotocopiadoras que copian las instrucciones de un libro por vez. Con la fotocopia se dispone entonces de las instrucciones para que en pequeños talleres presentes en el citoplasma fuera del núcleo celular se elabore la correspondiente herramienta o ladrillo detallado en el libro original.” Daniel Alonso. El desafío del cangrejo 2002

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Capítulo 2: La información genética se expresa 50 a El autor emplea varias metáforas y analogías para favorecer la comprensión del tema que intenta explicar. Indique en el texto los términos o frases en los que haya hecho este uso. b ¿Por qué cree usted que llama herramientas a ciertas proteínas Explique con un ejemplo. c ¿A qué hace referencia el autor cuando habla de fotocopias y de fotocopiadoras d ¿Con qué proceso compara a la transcripción e ¿Con qué proceso compara a la traducción 8. ¿Qué sucede cuando cambia el mensaje para construir una proteína Consecuencias de las mutaciones La información contenida en una secuencia de ADN será copiada de manera complementaria y exacta a una molécula de ARN. Ese ARN mensajero se utilizará para producir una proteína con una secuencia de aminoácidos particular. El ordenamiento de sus monómeros determinará la forma y la función de esa proteína. Finalmente esa macromolécula tendrá un rol específico relacionado con alguna de las características del organismo. Al presentar esta cadena de relaciones estamos vinculando a través de una serie de eventos moleculares al genotipo de un organismo con su fenotipo. Sin embargo no debemos olvidar que el ambiente también influye en la expresión de los genes. Hasta ahora hemos planteado que el mensaje de los genes se expresa con precisión y fidelidad. Pero ¿qué ocurre cuando se modifica la información de un gen ¿Qué consecuencias puede desencadenar este cambio en un ser vivo ¿Un cambio en el genotipo siempre implica un cambio en el fenotipo Un error en una molécula de ARN o una sola proteína defectuosa prácticamente no afectan la vida de una célula hay muchas otras moléculas sin alteraciones que estarán actuando en ese momento en esa célula. Sin embargo si lo que está alterado es un gen el panorama es otro y esto se debe a que en una célula sólo hay una o dos copias de esa secuencia de ADN. Los cambios o alteraciones que se producen en el ADN se denominan mutaciones. Como veremos en el próximo capítulo pueden ocurrir de manera espontánea durante la síntesis de una nueva molécula de ADN. Pero también existen algunos agentes ambientales como comentamos en el primer apartado que favorecen la ocurrencia de estas alteraciones. Pueden ocurrir distintos tipos de mutaciones que tendrán diferentes consecuencias. El cambio de un nucleótido por otro incorrecto puede pasar desapercibido o puede tener efectos drásticos. Cuando se trans- cribe un gen en el que hubo una sustitución de un nucleótido por otro se formará un ARN mensajero con un ribonucleótido distinto al habitual y por ello es que tendrá un codón diferente. En algunos casos ese nuevo triplete puede codificar para el mismo aminoácido esto es posible dado que el

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 51 código genético es redundante. Como esta mutación no tiene ninguna consecuencia en cuanto a la estructura de la proteína que se obtiene se la denomina mutación silenciosa. Si por el contrario al codón diferente le corresponde otro aminoácido la estructura primaria de la proteína resultante no será la misma sino que diferirá en un aminoácido con respecto a la secuencia original. Si el nuevo aminoácido tiene características químicas distintas interaccionará de manera diferente con los demás y esto influirá en el plegamiento de la proteína. Este cambio puede producir modificaciones importantes en su estructura espacial y en consecuencia puede inactivar funcionalmente a esa proteína. Sin embargo en algunos casos a pesar de que se haya producido una mutación que cambia un aminoácido por otro puede ocurrir que el nuevo aminoácido de la secuencia tenga un comportamiento químico similar al original. Debido a esto es posible que no se modifique sustancialmente la estructura tridimensional de la proteína y por lo tanto se mantenga su actividad biológica. Otra situación posible como consecuencia del cambio de un desoxiribonucleótido por otro sería que se forme en el ARN un codón de finalización de la traducción. Por ejemplo si el triplete UAC que codifica para el aminoácido tirosina pasa a ser UAA o UAG no existe ningún ARN de transferencia que tenga el anticodón correspondiente. Por lo tanto se detiene el proceso de traducción y se obtendrá una proteína más corta que la original. También pueden ocurrir otros tipos de mutaciones que siempre tienen efectos importantes en la estructura de la proteína resultante. Tanto si ocurre el agregado inserción como si se produce la pérdida deleción de un nucleótido las consecuencias involucrarán a varios aminoácidos. Por ejemplo si se insertó un nucleótido en la secuencia del gen esto producirá que el ARN tenga un nucleótido extra. Como los ribonucleótidos se traducen de a tres unidades al haber uno extra se modifica el marco de lectura del ARN y se produce un corrimiento de los codones. Estos tripletes diferentes probablemente codifiquen para otros aminoácidos de manera tal que la estructura primaria de la proteína que se sintetiza en esta situación será muy diferente a la secuencia original. Seguramente esa proteína no será funcional porque al tener otra secuencia de aminoácidos se producirán diferentes interacciones entre ellos se plegará de distinta forma y adquirirá otra configuración espacial. Como vimos en este apartado un cambio en el genotipo de un organismo puede producir cambios en la estructura y en la función de las proteínas que sus células sintetizan. Algunas de estas mutaciones dan como producto proteínas inactivas en ciertos casos este hecho tiene un efecto directo sobre el fenotipo del organismo que sufrió la mutación o que la recibió como parte de la información heredada de sus padres. Por ejemplo el gen RH tiene información para la síntesis de la proteína RH que se encuentra en la membrana de un tipo de células humanas: los glóbulos rojos. En este caso se dice que el fenotipo de la persona que produce esta proteína es factor sanguíneo RH+ dado que a partir de un determinado análisis de sangre se detecta la presencia de la proteína RH. Pero algunas personas poseen una versión diferente del gen RH y a partir

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Capítulo 2: La información genética se expresa 52 de ella en vez de producirse la proteína denominada factor RH se sintetiza una proteína cuya secuencia de aminoácidos es mucho más corta. Como la proteína RH no está presente en estas personas se dice que su fenotipo es RH negativo. ACTIVIDAD 36 En el apartado 8 se mencionan distintos efectos posibles a partir de una mutación en la que se produce la sustitución de un nucleótido por otro en el ADN. a ¿Cuáles son las diferentes consecuencias posibles Realice un esquema que sintetice los efectos a nivel de ARN a nivel de estructura primaria y a nivel de estructura tridimensional de la proteína. b Para cada una de las situaciones que usted presentó en el esquema del ítem a analice si se verá alterada o no la función de esa proteína. ACTIVIDAD 37 a Mencione cuáles pueden ser los cambios de nucleótidos a nivel de ADN que hagan que el triplete UAC pase a ser un codón de fin de síntesis como se menciona en el apartado 8. b ¿Qué consecuencia cree usted que podría tener el hecho de que se forme una proteína más corta que la original c Ahora considere que ocurre un cambio diferente en el ADN. Se sustituye un nucleótido por otro pero en este caso cuando se transcribe ese gen se forma el triplete UAC en la ubicación que originalmente le correspondía al codón UAG del ARN mensajero.¿Qué efecto tendrá esta mutación en la proteína que se obtenga a partir de la traducción ACTIVIDAD 38 El siguiente fragmento fue utilizado en la actividad 33. Usted ya realizó la transcripción y la traducción de esa secuencia. Ahora le pedimos que considere las siguientes situaciones: a Suponiendo que ocurrió una mutación en este fragmento de ADN de manera tal que el nucleótido de timina que se encuentra en la posición 17 es reemplazado por uno de citosina.¿Qué consecuencia tendrá este cambio en la transcripción ¿Y en la traducción b Ahora considere otra situación posible independiente de la anterior. Se produjo el siguiente cambio: el nucleótido de citosina de la posición 19 es reemplazado por uno de timina. Compare la nueva secuencia de ARN que obtiene al transcribir con la original ¿en qué se diferencian ¿Qué efecto tiene este cambio a nivel de la estructura primaria de la proteína ¿Cree usted que esta modificación tendrá algún efecto en la función de la proteína ¿Por qué

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 53 c Utilizando la misma secuencia original simule una mutación que produzca como resultado de la traducción una proteína más corta. d ¿Qué consecuencia tendrá a nivel de ARN y de la proteína un cambio en el nucleótido de la posición 6 Por ejemplo reemplace la timina por un nucleótido de adenina. ACTIVIDAD 39 Teniendo en cuenta la misma secuencia de ADN de la actividad anterior vamos a suponer que se producen otros tipo de mutaciones. a Si ocurre la inserción de un nucleótido de guanina entre la posición 12 y 13 del gen ¿qué consecuencia tendrá este cambio en el ARN ¿Qué efecto producirá en la estructura primaria de la proteína b ¿Qué podría decir con respecto a la estructura tridimensional de la proteína c Compare esta situación con la que se presenta en la actividad 38b. ¿Cuál considera que tiene efectos más drásticos ¿Por qué d Si este gen en el que ocurrió la mutación informara para una enzima. ¿Qué cree usted que ocurriría con la actividad de esa enzima ¿Por qué e Considere que en vez de la inserción propuesta en el ítem a se produce la pérdida del nucleótido de la posición 12. Responda nuevamente los ítems b c y d para esta nueva situación. f ¿Considera usted que es posible obtener una proteína más corta si se produce una inserción en el ADN ¿Y una más larga Explique su respuesta utilizando algún ejemplo. ACTIVIDAD 40 La mayor parte de los individuos de una especie de avispas que habita en la provincia de Buenos Aires tiene alas de coloración marrón aunque también hay algunas avispas de la misma especie con alas sin coloración. Como suposición consideraremos que el pigmento que da coloración marrón a las alas se sintetiza por la acción de una enzima. Se conoce la secuencia de los 187 aminoácidos de esta proteína que se denomina MR. En las células de las avispas con alas sin color no se ha detectado la enzima responsable de la síntesis del pigmento marrón esto podría explicar porque estos insectos no tienen coloración en sus alas. Sin embargo se ha localizado en esos individuos a una proteína denominada X de sólo 102 aminoácidos que no tiene actividad enzimática. Al analizar su secuencia de aminoácidos se pudo establecer que la estructura primaria de la enzima MR es igual en los primeros 102 aminoácidos a la de proteína X. a ¿Cómo puede usted explicar la diferencia entre ambas proteínas Justifique su respuesta. Para ello mencione la modificación que pudo haber ocurrido a nivel de ADN el cambio a nivel de ARN y relacione estas modificaciones con la diferencia que se detecta en la secuencia de aminoácidos de las proteínas. b Utilice este caso como ejemplo para describir cómo el genotipo de las avispas se vincula con su fenotipo.

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Capítulo 2: La información genética se expresa 54 9. ¿Cómo se regula el mensaje de los genes Regulación de la expresión genética Todas las células de un organismo pluricelular como por ejemplo las de un ser humano tienen la misma información genética pero no todas expresan el mismo mensaje. Es como si en ciertas células se leyeran algunos de los libros de la gran biblioteca de las células mientras otros permanecen cerrados. Muchos de los volúmenes que se abren y se leen en las células nerviosas no son los mismos que los que se leen en las células musculares y ambos son distintos a los de las células de los huesos. Debido a esta lectura diferente en algunas células se sintetizan ciertas proteínas que en otras no se fabrican. Pero ¿cómo es posible que en ciertos grupos de células se transcriban determinados genes mientras que en otros la misma información a pesar de que está presente no se expresa El proceso de síntesis de proteínas está regulado en las distintas células del organismo. En el caso de las musculares se sintetizan las proteínas contráctiles actina y miosina pero no se fabrica la proteína RH o la hormona insulina. Algunos genes como el que informa para el factor sanguíneo RH estarán en permanente silencio en esas células. Al respecto podemos preguntarnos: ¿por qué que en esas células se activan los genes que tienen información para proteínas contráctiles A partir de experimentos realizados con cultivos celulares formados por células que se mantienen con vida en un medio especial fuera del organismo se pudo identificar a algunas proteínas que funcionan como proteínas reguladoras. El rol de este tipo de moléculas dentro de esas células es activar a los genes que tienen la información para sintetizar las proteínas contráctiles. Posteriormente se identificaron diferentes proteínas reguladoras presentes en otros tipos de células. Los resultados de estas investigaciones permitieron plantear que la información genética está organizada en forma jerárquica. Existen ciertos genes que informan para proteínas reguladoras. Si uno de esos genes se enciende en un tipo celular se fabricará una determinada proteína reguladora que a su vez activará a otros genes estructurales que tienen las instrucciones para la síntesis de las proteínas que caracterizan a esas células. De la misma manera es posible pensar que si un gen regulador está apagado todos los genes que dependen de él también lo estarán en ese tipo celular. A partir de mecanismos de este tipo se puede explicar la formación de diferentes tejidos y órganos en un ser vivo pluricelular. La regulación de la expresión genética se realiza mediante diversos mecanismos que actúan a diferentes niveles. Como mencionamos an- tes existen proteínas reguladoras que pueden activar la transcripción de ciertos genes así como también hay otras que actúan como represoras de la expresión al inhibir la unión de la enzima ARN polimerasa a la secuencia promotora. Se conoce otro proceso de control a nivel de la transcripción que describiremos en el próximo capítulo. Una vez sintetizado el ARN mensajero puede ser regulado el tiempo que dura antes de ser degradado en el citoplasma. Cuanto mayor es su

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 55 vida media mayor cantidad de proteínas podrán ser sintetizadas a partir de ese ARN. Este sería un control a nivel de la traducción. Por último también se conocen distintos casos de regulación de la actividad de las proteínas. Algunas enzimas pueden permanecer inactivas y sólo transformarse en funcionales cuando se les une otra sustancia. En otros casos las proteínas se sintetizan como inactivas y sólo si son transformadas pueden actuar. El genotipo de un organismo está vinculado con su fenotipo. Pero ese fenotipo que resultará de la expresión de sus genes además estará influenciado por factores ambientales. El medio ambiente celular que comprende a: la disposición de nutrientes la ubicación espacial de esa célula la interacción con otras células por contacto o por mensajeros químicos tanto como el ambiente global con el que interaccione ese ser vivo serán claves en la regulación del mensaje de los genes. ACTIVIDAD 41 a ¿Cuáles son los niveles de control de la expresión genética b En el caso de los genes que tienen información para proteínas que no tienen ninguna función en un determinado tipo celular como por ejemplo el gen que informa para la hemoglobina en las células nerviosas ¿A qué nivel considera que sería más eficiente la regulación de la expresión ¿Por qué supone que es así ACTIVIDAD 42 a ¿Por qué se habla de jerarquías con respecto a la organización de la información genética b ¿Qué proceso controlan las proteínas reguladoras c A algunas proteínas reguladoras se las denomina activadoras ¿por qué d ¿Qué diferencia tienen con las proteínas represoras ¿Podría mencionar alguna similitud e ¿Qué ocurrirá con el proceso que usted mencionó en a si se encuentra una proteína represora asociada a un determinado gen ACTIVIDAD 43 La pepsina es una enzima digestiva que se produce en las células del estómago y cuando recién se sintetiza es inactiva. Su función que es degradar las proteínas que llegan al estómago sólo la ejerce cuando sale desde las células estomacales a la luz de ese órgano. En ese momento se le corta una porción de su secuencia de aminoácidos y deja de ser inactiva. a En este caso el nivel de regulación es el de la actividad de la proteína. La proteína está presente en las células pero está inactiva. ¿Encuentra usted alguna ventaja en el hecho de que esta enzima esté inactiva en el interior de las células ¿Qué ocurriría si estuviera activa dentro de las células b Tomando como punto de partida la situación presentada redacte un texto en el que relacione los siguientes conceptos: estructura tridimensional regulación de la actividad enzimática y estructura primaria de la pepsina. ACTIVIDAD 44 Un equipo de investigación trabajó con embriones de ratones que tenían mutaciones en el gen MYOD. Este gen tiene información para la proteína MYOD que es una proteína reguladora presente en todas las células musculares.

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Capítulo 2: La información genética se expresa 56 a ¿Cuál cree usted que es el rol de la proteína MYOD b Suponiendo que uno de los ratones tenía una mutación por inserción en el gen MYOD. ¿Qué consecuencias tendría la mutación mencionada en ese embrión c Ahora considere que la mutación fue del tipo silenciosa ¿qué consecuencias podría mencionar ACTIVIDAD 45 En el apartado 9 se utilizaron diferentes metáforas. Identifique tres usos metafóricos y explique su significado. ACTIVIDAD 46 Las focas árticas recién nacidas son de color blanco esta coloración se debe a que en ellas no se sintetiza el pigmento responsable del color del pelaje. Una enzima la tirosinasa es la encargada de fabricar ese pigmento en las focas pero esta proteína es termolábil por ello es que se inactiva a temperaturas superiores a 35ºC. Como las focas son mamíferos sus bebés se desarrollan en el útero materno a una temperatura cálida. Tiempo después del nacimiento cuando estos animales cambian el pelaje la temperatura ambiental a la que están expuestos es mucho menor. Por lo tanto su color se vuelve pardo. a ¿En que tipo de células considera usted que el gen que informa para la enzima tirosinasa podría estar regulado por una proteína represora b Identifique en el texto palabras o frases que hagan referencia al fenotipo de las focas árticas. c ¿Cuál es el factor ambiental al que hace referencia el texto d ¿Cómo podría explicar usted que la enzima tirosinasa se inactive a causa de la temperatura e Considerando la información presente en el enunciado describa cómo es en este caso la relación: genotipo fenotipo y ambiente. Bibliografía básica: - Audesirk Teresa y Audesirk G. 1997. Biología I “La unidad en la diversidad” Editorial Prentice Hall. Pearson Educación. - Curtis Helena y colaboradores. 2000. Biología. Buenos Aires. Editorial Médica Panamericana. - Purves William y colaboradores. 2003. Vida. La ciencia de la biología. Editorial Médica Panamericana. Bibliografía sugerida lecturas complementarias: - de Asúa Miguel. 2003. Los tres caminos hacia la doble hélice. Revista Ciencia Hoy Volúmen 13 Nº 76 páginas 24 a 29. - Gould Stephen Jay. 1997. La falsa medida del hombre. Editorial Crítica. Barcelona. - Guimarey Luis M. y otros. 1995. La influencia ambiental en el crecimiento humano. Revista Ciencia Hoy Nº30 página 41. - Lewontin R. Rose S. y Kamin L. 1996. No está en los genes. Crítica del racismo biológico. Barcelona. Editorial Grijalbo Mondadori. - Schrödinger Edwin. 2000. ¿Qué es la vida Barcelona. Editorial Tusquets. Citado en El siglo del gen. Cien años de pensamiento genético. Fox Keller Evelyn. 2002. Barcelona . Editorial Península.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 57 CAPÍTULO 3 LA INFORMACIÓN GENÉTICA SE HEREDA 1. De la cigota al organismo pluricelular Crecimiento y desarrollo Todos los seres vivos tienen la capacidad de reproducirse es decir pueden originar uno o varios descendientes similares aunque no necesariamente iguales entre ellos ni a los progenitores y como consecuencia se puede mantener la especie a lo largo de millones de años. En el primer capítulo vimos que las formas de reproducción existentes en los distintos tipos de seres vivos son muy variadas. En los organismos unicelulares la reproducción está asociada a la división de su única célula. En cambio en los organismos pluricelulares la reproducción es la consecuencia de eventos que ocurren a diferentes niveles de organización celular tisular orgánico y organísmico como por ejemplo: crecimiento a partir de una cigota desarrollo de órganos sexuales formación de gametas búsqueda de pareja unión de gametas fecundación y alimentación del embrión. Pero más allá de las diferencias hay algo en común en el proceso de reproducción y es la herencia del manual de instrucciones para generar un nuevo ser vivo. Para que esto sea posible es necesario que ese manual se copie es decir se obtengan dos copias de la información genética que pasarán de padres a hijos y así de generación en generación. En el capítulo anterior hemos visto: qué es la información genética dónde se encuentra y que las instrucciones son los genes. Entonces ¿cómo se transmite la información genética de padres a hijos ¿qué eventos están relacionados con la herencia ¿por qué los descendientes se parecen a sus progenitores Estas y otras preguntas las iremos contestando a lo largo de este capítulo. La primera célula de todos los organismos que se originan por reproducción sexual es la cigota. Las características del nuevo organismo resultarán de la combinación de genes provenientes de ambos progenitores presentes en la cigota y de la influencia del ambiente que lo rodeará durante toda su vida. Después de formada la cigota comienzan a ocurrir una serie de eventos que conducen al crecimiento y al desarrollo del nuevo organismo. A partir de la cigota se forman dos células luego cuatro ocho etc. hasta alcanzar los millones de células que forman al organismo pluricelular adulto. Los eventos que ocurren en cada una de las etapas del desarrollo la secuencia de estas etapas durante la vida del organismo así como su duración son característicos de cada especie y están informadas en la misma cigota. En el caso de un ser humano la cigota se transformará en embrión y luego en feto. Finalizado el tiempo de gestación el bebé saldrá del útero Crecimiento: incremento del tamaño de un organismo pluricelular debido al aumento del número de células. Desarrollo: cambios morfológicos y fisiológicos que ocurren a lo largo de la vida de un organismo.

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 58 materno iniciando la etapa de la niñez seguida por el período adulto. Si consideramos a las plantas la cigota tras numerosas divisiones celulares formará el embrión contenido en una semilla. Luego comenzarán a sucederse una serie de cambios que darán origen al organismo adulto con raíz tallo y hojas y si las condiciones del medio ambiente son favorables florecerá y dará frutos. T odas las células de un organismo tienen la misma información genética que la célula inicial. Para que esto sea posible se deben hacer copias de dicha información antes de que cada célula se divida. De esta forma está asegurada igual cantidad y calidad de información genética en cada célula. Las preguntas que nos surgen en este momento son: ¿cómo se copia el ADN¿cómo se reparten las copias entre las nuevas células y ¿cómo se forman nuevas células ACTIVIDAD 1 a Para seguir adelante recomendamos releer el apartado 4 del capítulo 1 y repasar sus actividades. b Piense en un ser humano y redacte un texto que relacione los siguientes términos: formación de gametas fecundación crecimiento y desarrollo. 2. ¿Qué le pasa a una célula a lo largo de su vida El ciclo Celular Desde que una célula se forma hasta que se divide originando nuevas células atraviesa por una serie de etapas que en su conjunto reciben el nombre de ciclo celular. El término ciclo nos hace pensar que estas etapas se suceden constantemente. Sin embargo una célula no puede pasar por las etapas del ciclo celular varias veces. Cada célula cumple un único ciclo celular: son las células resultantes de la división las que inician un nuevo ciclo y así sucesivamente. La duración del ciclo varía considerablemente de un tipo celular a otro. Existen células que tienen ciclos de vida breves y se dividen rápidamente mientras que otras poseen ciclos muy largos llegando inclusive a durar tanto como la vida del organismo al que pertenecen. En el cuerpo humano por ejemplo las células de la piel pasan por ciclos sucesivos durante toda la vida del organismo. Contrariamente células altamente especializadas como las neuronas no se dividen aunque investigaciones recientes sugieren que bajo ciertas condiciones algunas sí pueden hacerlo. El ciclo de una célula comprende dos grandes períodos: la interfase y la división celular. Se suele dividir a la interfase en tres etapas: G1 S y G2 ver Fig.3.1. Durante la etapa G1 la célula presenta una intensa actividad metabólica que resulta en el aumento de su tamaño y la multiplicación de sus organelas. Además transcribe y traduce los genes responsables de la función específica que esa célula cumple en el organismo. Cuando las células alcanzan su máximo crecimiento se llega a un punto tardío de la fase G1 que se denomina punto R restricción. Hay células que no sobrepasan el punto R y quedan siempre en G1. Otras en cambio lo superan entrando en la etapa S durante la cual se duplica la información genética y pasando luego a G2. Una vez finalizada la interfase

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 59 la célula entra en división que consiste básicamente en la formación de dos nuevas células. El ciclo celular está regulado por genes e involucra la interacción de distintos factores ambientales entre ellos la falta de sustratos los cambios de temperatura o pH. Estos factores pueden hacer que la célula detenga su crecimiento y su división. En organismos pluricelulares el contacto con las células vecinas y la presencia de hormonas también intervienen en la regulación del ciclo. Los mecanismos de regulación del ciclo celular son actualmente objeto de intensa investigación no sólo por su interés biológico sino también por su importancia potencial en el control del cáncer. Se ha descubierto por ejemplo que el benzopireno mutágeno presente en el humo del cigarrillo altera genes reguladores del ciclo celular de células pulmonares haciendo que éstas pierdan por completo su capacidad de autocontrol y comiencen a dividirse generando un tumor. Figura 3.1:El ciclo celular y sus etapas. En las células eucariontes las moléculas de ADN se encuentran unidas a unas proteínas denominadas histonas y la asociación entre éstas moléculas de gran tamaño nivel de organización complejo de macromoléculas se llama cromatina ver figura 3.2. Durante toda la interfase se pueden observar en el núcleo largos filamentos de cromatina que presentan distinto grado de enrollamiento. A las porciones de la cromatina que se encuentran menos enrolladas se las denomina eucromatina y corresponden a zonas del ADN que se expresan activamente mientras que a las porciones más enrolladas y condensadas se las denomina heterocromatina y corresponden a zonas de ADN que en esa célula no se transcriben ni traducen. Recomendamos leer más sobre regulación del ciclo celular y cáncer ver bibliografía al final del capítulo: Alonso 2002 Célula lista para comenzar la división celular Célula con cromosoma con cromátides hermanas Célula en crecimiento S G1 G2 División R

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 60 Figura 3.2: Condensación de la cromatina hasta formar un cromosoma. Cuando la célula está por comenzar la división celular los filamentos de cromatina alcanzan el máximo grado de enrollamiento y condensación visualizándose los cromosoma ver figuras 3.2 y 3.3. El ADN es uno de los componentes del cromosoma por lo tanto podemos concluir que cada cromosoma porta genes. Los cromosomas se pueden observar fácilmente a través del microscopio óptico como cuerpos en forma de bastón si se tiñen con colorantes específicos. Sólo pueden visualizarse cromosomas en células que se están dividiendo ya que durante toda la interfase están desenrollados formando la cromatina. La cantidad forma y tamaño de los cromosomas es una característica que comparten los organismos de una misma especie. Normalmente se puede fotografiar los cromosomas de una célula recortarlos y ordenarlos según su forma y tamaño. El conjunto de cromosomas así ordenado recibe el nombre de cariotipo. Cada especie está caracterizada por un cariotipo ver figura 3.3. Cromosomas homólogos: cromosomas de igual forma y tamaño que poseen información para las mismas características. Organismo haploide: ser vivo que no presenta cromosomas homólogos en sus células somáticas por ejemplo los hongos. Organismo diploide: ser vivo que presenta pares de cromosomas homólogos en sus células somáticas por ejemplo: ser humano perro y planta de girasol. Células somáticas: células que componen a los organismos pluricelulares excepto las que originan a las gametas. Ej: células de la piel células del tallo.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 61 Figura 3.3: a Cariotipo correspondiente a un ser humano 2n46 y b Cariotipo correspondiente a un hongo n6. ACTIVIDAD 2 a ¿En qué nivel de organización de la materia ubicaría a la cromatina b ¿Cuál o cuáles de las siguientes son sus propiedades emergentes Explique su respuesta: i llevar información para fabricar la enzima ARN polimerasa ii estar formada por dos cadenas de desoxirribonucleótidos formando una doble hélice iii poder cambiar su nivel de enrollamiento. c ¿Qué relación puede establecer entre el ADN y la cromatina d ¿En qué se diferencia la cromatina de los cromosomas ACTIVIDAD 3 Observe los cariotipos de la figura 3.3: a ¿Qué diferencias encuentra entre ambos b ¿Qué elementos de cada cariotipo le permiten decir si se trata de un organismo haploide ó diploide ACTIVIDAD 4 Suponga que usted desea construir su propio cariotipo. a ¿Qué células de su cuerpo elegiría para hacer dicho cariotipo ¿Por qué b Si compara su cariotipo con el de la figura 3.3.a ¿espera encontrar diferencias Explique su respuesta. c Se sabe que el gen que informa para el factor sanguíneo Rh en el humano se encuentra en el par de cromosomas 1 ¿en qué par espera que se encuentre dicho gen en su cariotipo Explique su respuesta. ACTIVIDAD 5 Ana está embarazada y decide hacer un cariotipo de su bebé. Ella está ansiosa por

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 62 saber: el sexo del bebé el color de sus ojos y que factor sanguíneo va a tener. a ¿Considera usted que con el cariotipo del bebé Ana podrá responder estas preguntas Explique su respuesta. b ¿Qué otro tipo de información le aportará el cariotipo 3. ¿Cómo se copia el ADN Duplicación del ADN El proceso de duplicación del ADN es un evento imprescindible para la división celular porque una vez copiado el material genético se podrá repartir entre las células hijas. En el caso de células procariontes este proceso ocurre en el citoplasma mientras que en las eucariontes ocurre en el núcleo. Figura 3.4: Duplicación del ADN. La duplicación del ADN ocurre sólo una vez en el ciclo de vida de una célula durante la etapa S de la interfase. Consiste en la síntesis de otra molécula de ADN igual a la existente. Para ello se necesita la presencia de millones de desoxirribonucleótidos trifosfatados materia prima que proviene del alimento y enzimas ver figura 3.4. Como vimos en otros procesos metabólicos las enzimas son las verdaderas protagonistas porque aceleran enormemente las reacciones químicas celulares. En este

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 63 interviene la ADN polimerasa cuya acción es la de unir los desoxirribonucleótidos formando una nueva cadena de ADN. Para que la enzima pueda copiar el ADN es necesario que éste se desenrolle y que se separen las dos cadenas. Esta tarea la realiza otro conjunto de enzimas específicas. Una vez separadas las cadenas funcionan como molde para la ADN polimerasa quien reconoce la complementariedad entre los desoxirribonucleótidos libres y los del molde y a su vez establece una unión fuerte entre nucleótidos de la nueva cadena. La duplicación del ADN es un proceso notablemente rápido por ejemplo en los humanos y otros mamíferos la velocidad de síntesis es aproximadamente de 50 nucleótidos por segundo. En los procariontes es aún más rápida: 500 nucleótidos por segundo. Una vez finalizado el proceso se obtienen dos moléculas de ADN idénticas entre sí que constituyen las cromátidas hermanas de un cromosoma. Cada cromátida es un filamento de cromatina super-enrollado. Durante la etapa S se sintetizan también las histonas que se irán asociando rápidamente al ADN. En las células eucariontes es más apropiado pensar en la duplicación de la cromatina que en la del ADN desnudo. La cantidad de ADN presente en una célula en G2 es el doble que en G1. Aunque el proceso de duplicación es altamente conservativo en cuanto a información genética pueden ocurrir alteraciones en la secuencia de nucleótidos del ADN llamadas mutaciones. Si bien existen mecanismos que detectan y reparan muchas de esas alteraciones no todas son corregidas. Las que no fueron corregidas permanecen y pasan a las células hijas. Las mutaciones sólo se producen durante el proceso de duplicación del ADN y causan cambios en el genotipo de la célula. Las mutaciones se pueden clasificar de acuerdo al tipo de cambio producido en la secuencia de nucleótidos del ADN. A veces la ADN polimerasa puede colocar un nucleótido no complementario al molde mutación de sustitución ó puede agregar un nucleótido de más mutación de inserción ó puede saltear un nucleótido mutación de deleción. Todos estos cambios son aleatorios y no están vinculados con las necesidades del individuo. No hay manera de saber dónde va a ocurrir una mutación y que consecuencias traerá. Las consecuencias de las mutaciones dependen de la porción de ADN involucrada y no siempre se verán reflejadas en el fenotipo. De todas formas existen mecanismos de reparación que reconocen y corrigen errores. Aún así una vez ocurrida una mutación el proceso de copia la transmite a las células siguientes. Ciertos factores ambientales denominados agentes mutagénicos pueden incrementar la aparición de mutaciones durante la duplicación del ADN como por ejemplo las radiaciones ultravioletas UV rayos X y también moléculas como el benzopireno y el PCB mencionados en el capítulo 2. ACTIVIDAD 6 Suponga que usted desea obtener de manera experimental copias de moléculas de ADN. a ¿Qué elementos agregaría en un tubo de ensayo para lograr ese objetivo b De los elementos mencionados en el punto anterior ¿cuáles son sustratos c ¿A qué temperatura se obtendría mayor cantidad de producto en el mismo lapso

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 64 de tiempo a 5ºC o a 25ºC Explique su respuesta. d ¿Qué ocurriría con la actividad de las enzimas que intervienen en este proceso por ejemplo con la ADN polimerasa si el tubo de ensayo se colocara a 70ºC e ¿Qué resultado espera obtener si en el tubo de ensayo agrega ribonucleótidos en lugar de desoxirribonucleótidos Explique su respuesta. ACTIVIDAD 7 El siguiente gráfico representa la cantidad de ADN en picogramos que existe en el interior de una célula somática a lo largo del ciclo celular. Analice el gráfico y señale en el eje horizontal las etapas del ciclo celular. ACTIVIDAD 8 Piense en una célula de su piel muy activa y próxima a duplicar su ADN. a ¿En qué etapa del ciclo celular se encuentra esta célula b ¿Qué ocurrirá con dicha célula si no recibe del medio externo ni puede fabricar un tipo de nucleótido por ejemplo el nucleótido de timina ACTIVIDAD 9 Compare los procesos de duplicación del ADN transcripción del ADN y traducción del ARNm mediante un cuadro. Utilice los siguientes criterios: sustratos productos otros elementos que intervienen en el proceso lugar de la célula y etapa del ciclo celular en el que ocurren. ACTIVIDAD 10 Ya hemos visto que las hojas de los sauces producen moléculas de mal sabor que funcionan como defensas poderosas contra los animales herbívoros. Considere como una suposición que dichas moléculas se sintetizan por la actividad de una enzima denominada amargasa. En una población de sauces se encontraron algunas plantas incapaces de producir estas enzimas. Al analizar las hojas de dichos organismos no se ha detectado la enzima amargasa en ninguna de sus células. Sin embargo en las células de las hojas de estos sauces se ha localizado otra proteína que llamaremos X cuya estructura primaria es parecida a la enzima amargasa. Al comparar las secuencias de aminoácidos de ambas proteínas se pudo establecer que se diferencian en un único aminoácido. A pesar de esto la proteína X no cumple la función que realiza la enzima amargasa. a ¿Qué tipo de mutación podría ser responsable de la diferencia entre las 0 5 10 15 20 25 Periodo del ciclo celular Cantidad de ADN pg Picogramos pg: Una de las unidades de masa más usada es biología es el gramo. Pero para cantidades muy pequeñas de masa se utilizan fracciones de esta unidad por ejemplo: el microgramo el nanogramo o el picogramo. La equivalencia es: 1 gr 1.000.000 mg 1.000.000.000.000 pg.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 65 secuencias de las proteínas mencionadas en el enunciado Explique su respuesta mencionando las modificaciones ocurridas en el ADN el ARN y relacione estas modificaciones con el cambio en la secuencia de aminoácidos. b Piense en una planta de sauce que produce la proteína X y redacte un texto que relacione los siguientes términos: mutación fenotipo y estructura tridimensional de la proteína X. ACTIVIDAD 11 Considere que en los seres humanos las células del estómago fabrican una proteína P que es una enzima que participa en la digestión de alimentos. Todas las células estomacales de Laura fabrican la proteína P excepto una en la que no se la ha detectado. Sin embargo en esa misma célula se encontró una proteína que la denominaremos Z. La estructura primaria de la proteína Z es igual a la estructura primaria de la proteína P en sus primeros 60 aminoácidos pero el resto de la cadena presenta una secuencia de aminoácidos diferente de la normal P. La proteína Z no tiene actividad y es mucho más larga que la proteína P. a ¿Qué tipo de mutación podría haber originado a la proteína Z Explique su respuesta mencionando las modificaciones ocurridas en el ADN el ARN y relacione estas modificaciones con el cambio en la secuencia de aminoácidos. b ¿En qué momento de la vida de la célula estomacal ocurrió esta mutación c ¿Se manifestará este cambio en el fenotipo de Laura 4. ¿Cómo se dividen las células La mitosis Una vez producida la duplicación del ADN la célula se encuentra en la etapa G2 y es cuando se activa la transcripción de genes y síntesis de proteínas que intervienen en la división celular. Transcurrida la etapa G2 uno de los eventos que in- dica que una célula va a dividirse es la paulatina condensación de la cromatina y en consecuencia la visualización de los cromosomas. Cada cromosoma está formado por dos cromátidas hermanas unidas por un centrómero. Las cromátidas hermanas resultan de la duplicación del ADN por eso son idénticas en cuanto a su información genética excepto que ocurran mutaciones du- rante la duplicación. El proceso de división celular que nos ocupa recibe el nombre de mitosis. Sintéticamente la mitosis consiste en la separación de las dos cromátidas hermanas que componen cada uno de los cromosomas y su posterior distribución equitativa en lo que serán las dos células hijas ver figuras 3.5 y 3.6. Figura 3.5: Fotos de células vegetales en diferentes fases de la mitosis. a profase b metafase y c anafase.

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 66 Dado que las cromátidas hermanas tienen la misma información las células resultantes de la mitosis son genéticamente iguales entre sí y poseen el mismo número de cromosomas que la célula que les dio origen mantienen constante su ploidía. Por lo tanto si una célula diploide se divide por mitosis se obtiene como resultado dos células diploides y si la célula original fuese haploide las células resultantes también serán haploides. Por convención el número haploide se designa como n y el número diploide como 2n. Por ejemplo una célula de la piel en humanos es diploide y tiene 46 cromosomas por lo tanto es 2n46. Figura 3.6: Fases de la división mitótica. Célula diploide: célula que presenta cromosomas homólogos. Célula haploide: célula que no presenta cromosomas homólogos.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 67 Ahora bien si todas las células de un organismo pluricelular comparten el genotipo ¿cómo es posible que existan células con distintas formas y funciones es decir con diferente fenotipo celular Esas diferencias se deben a la presencia de distintas proteínas. Pero si la información es la misma ¿por qué las células tienen proteínas diferentes La respuesta a esta pregunta está relacionada con una serie de mecanismos de regulación de la expresión genética algunos conocidos y otros aún por descubrir. En el capítulo anterior ya se han mencionado algunos de estos mecanismos que permiten que una proteína esté presente y activa o no lo esté. Otro mecanismo que implica regulación a nivel de la transcripción consiste en inactivar genes a través del superenrollamiento de la cromatina heterocromatinización de modo de dejarlos inaccesibles a la enzima ARN polimerasa. Si pensamos en un ser humano desde muy temprano en el desarrollo embrionario las células van adquiriendo características que las diferencian debido a la expresión parcial de la información genética. Como resultado de esa diferenciación celular algunas células comenzarán a contraerse células musculares otras transmitirán impulsos nerviosos neuronas otras se ocuparán de la defensa contra agentes extraños glóbulos blancos algunas mostrarán en su superficie proteínas del factor y grupo sanguíneo glóbulos rojos etcétera. ACTIVIDAD 12 Imagine dos grupos de células somáticas de su cuerpo por ejemplo células de la piel y células del estómago. Las células de la piel se dividen reiteradamente por mitosis las células del estómago no se están dividiendo pero sí están sintetizando activamente una proteína específica. Conteste las siguientes preguntas explicando sus respuestas. a ¿Espera que en algún momento algunas de las células de la piel estén en G1 b ¿Espera que las células del estómago sinteticen ADN polimerasa c ¿Cree usted que ambos grupos de células tienen la misma información genética d ¿En cuál de los dos grupos espera encontrar células que sinteticen ARN polimerasa ACTIVIDAD 13 El crecimiento y desarrollo de un organismo pluricelular depende entre otras cosas de las sucesivas divisiones mitóticas a partir de la cigota y de la posterior diferenciación celular. a ¿Qué ocurriría con el organismo si después de formarse la cigota se inhibe la actividad de la ADN polimerasa Explique su respuesta. b ¿Cómo es posible que todas las células de ese organismo sean iguales desde el punto de vista genotípico ¿Es posible encontrar células con genotipos diferentes c ¿Qué mecanismos de regulación de la expresión génica usted conoce que permitan explicar las diferencias fenotípicas entre las células de dicho organismo ACTIVIDAD 14 Observe los siguientes esquemas: a Para cada caso diga si se trata de una célula haploide ó diploide. b Elija una célula haploide y otra diploide. Mediante esquemas represente la mito- sis de cada una de ellas. Recomendamos leer más sobre la diferenciación celular y el desarrollo embrionario ver bibliografía al final del capítulo: Gellon 2002

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 68 ACTIVIDAD 15 Esquematice una célula diploide con 6 cromosomas en metafase y en anafase. Señale en el dibujo un par de cromosomas homólogos y sus cromátidas hermanas. ACTIVIDAD 16 El complemento cromosómico de los chimpancés es 2n48. Suponga una célula somática del chimpancé y complete las casillas en blanco de la siguiente tabla: 5. Consecuencias de la mitosis en los organismos y las poblaciones La mitosis es responsable del crecimiento la regeneración de tejidos y la cicatrización en los organismos pluricelulares . Además esta división celular está directamente involucrada en la reproducción asexual de organismos unicelulares y pluricelulares. En los organismos unicelulares la mitosis implica reproducción asexual ya que el resultado de esta división son dos células que en este caso constituyen dos organismos. Es así como se reproducen las amebas los paramecios y los hongos unicelulares entre otros. Las bacterias organismos unicelulares procariontes llevan a cabo un proceso de división celular llamado división binaria que es más simple que la mitosis de las Fase del ciclo celular Cantidad de cromosomas Cantidad de ADN pg Cantidad de cromátides por cromosoma. G1 48 1 G2 200 Metafase Telofase en cada polo

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 69 células eucariontes. Estas y los organismos unicelulares eucariontes se dividen normalmente si disponen de alimento. Las más rápidas pueden dividirse aproximadamente cada 20 minutos produciendo 2 144 bacterias descendientes cada dos días que es un número mucho mayor que el total de personas que han vivido desde el origen del ser humano. Si bien la duplicación del ADN es un proceso altamente conservativo durante ella suelen producirse mutaciones que generan variabilidad en la población de bacterias. Se calcula que una de cada millón de bacterias no es igual a la célula madre. Por otra parte los organismos pluricelulares de reproducción asexual se originan por sucesivas divisiones mitóticas de un grupo particular de células de su único progenitor por ejemplo en ciertas plantas a través del crecimiento de estolones y posterior fragmentación. La reproducción y el crecimiento de estos organismos son el resultado entonces de tres eventos que se repiten continuamente: la duplicación del ADN la separación de las copias del material genético durante la mitosis y la diferenciación celular. ACTIVIDAD 17 Compare los resultados obtenidos entre la mitosis de una levadura hongo unicelular y las células de la hoja de una planta. ¿En qué caso se puede decir que se obtuvieron descendientes Explique su respuesta. ACTIVIDAD 18 Considere un organismo pluricelular por ejemplo una planta cuya raíz está creciendo. Al respecto redacte un texto que contenga y relacione los siguientes términos: cromatina duplicación del ADN cromátidas hermanas y mitosis. ACTIVIDAD 19 Si al agua de las piletas de natación no se le agrega alguicida suele tener poblaciones de algas conocido como verdín. Al respecto redacte un párrafo que relacione los siguientes términos: mitosis variabilidad genética mutaciones y reproducción asexual. ACTIVIDAD 20 Las bacterias son organismos unicelulares que se reproducen asexualmente. Suponga que usted tiene una colonia de bacterias que se formó a partir de una sola célula o sea clones en un medio apropiado. Después de un tiempo se coloca en el medio un antibiótico que aparentemente mata a las bacterias. Sin embargo al tiempo se observa que de nuevo hay una importante cantidad de bacterias a pesar de la presencia de dicho antibiótico. a ¿Cómo se originó la colonia inicial b ¿Cómo espera que sean las bacterias de esa colonia desde el punto de vista genético c ¿Es posible que las bacterias de esa colonia tengan diferente genotipo Explique su respuesta. d Teniendo en cuenta la explicación del punto anterior ¿modificaría la respuesta de la pregunta b e ¿Cómo cree que será el genotipo de las bacterias de la nueva colonia respecto a la original Justifique.

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 70 6. ¿Cómo se forman las gametas La meiosis En poblaciones de organismos que se reproducen sexualmente ocurren dos eventos característicos: la formación de gametas gametogénesis y la unión de las mismas fecundación. La formación de gametas implica a un tipo particular de división celular denominado meiosis en la que se utiliza la misma maquinaria celular que la mitosis pero difiere de esta última en algunos aspectos importantes. La fecundación consiste en la unión de dos gametas que contienen información genética de los progenitores y como consecuencia se forma una nueva célula denominada cigota. Antes de seguir adelante vamos a revisar algunos conceptos. Todos los individuos de una misma especie tienen el mismo número de cromosomas. Por ejemplo el ser humano tiene 46 cromosomas en cada célula somática. El chimpancé 48 el girasol 34 y el gato 38. Si la fecundación para formar el nuevo organismo implica la unión de dos células ¿por qué no aumenta el número de cromosomas al doble en cada generación En la especie humana por ejemplo ¿por qué no aumenta de 46 a 92 cromosomas y luego a 184 en sucesivas generaciones La cantidad de cromosomas se mantiene constante de padres a hijos ya que las gametas tienen la mitad del número de cromosomas que caracteriza a las células somáticas del organismo. El conjunto diploide de cromosomas que contiene dos homólogos de cada par se reduce a un conjunto haploide que contiene solamente un homólogo de cada par. Así la meiosis compensa los efectos aditivos de la fecundación y el número de cromosomas de cada individuo se mantiene constante de generación en generación preservando la identidad de cada especie. Los organismos pluricelulares diploides que se reproducen sexualmente forman en algún momento de su vida gametas que son células haploides. De la unión de esas gametas se origina una cigota diploide. A partir de ella y después de sucesivos ciclos celulares en los que se produce la duplicación de ADN y la división mitótica se originan las células del nuevo organismo. Esas células somáticas son también diploides sin embargo no tienen el mismo fenotipo dado que han pasado por procesos de diferenciación celular. En el caso de una cigota humana 23 cromosomas son de origen paterno y los otros 23 son de origen materno. Como ya vimos los cromosomas portan genes por lo que los descendientes constituyen una combinación de genes de los progenitores. Veamos un ejemplo: consideremos el par de cromosomas homólogos número 1 de un ser humano que no sólo tienen igual forma y tamaño sino también información genética para las mismas características. Si en un cromosoma está el gen para factor sanguíneo Rh en el mismo lugar locus del cromosoma homólogo también encontraremos la información para la misma característica. Aunque ambos cromosomas tengan dicho gen puede ser que la información no sea exactamente igual. En un cromosoma puede estar la información para Rh+ y en el otro la información para Rh-. Las variantes Gametas: células sexuales resultantes de la meiosis. Son ejemplos de gametas el óvulo y el espermatozoide.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 71 de un mismo gen reciben el nombre de alelos en este caso los alelos Rh+ y Rh-. Para este gen existen sólo dos variantes como en muchos otros genes. Pero existen casos donde pueden existir más de dos alelos para un mismo gen como por ejemplo el color de pelaje en los conejos que está determinado por un gen que presenta cuatro alelos. Los diferentes variantes de un gen surgen por mutaciones de alelos preexistentes. Supongamos que un ser humano tiene alelos distintos en ese par de cromosomas. Cuando una de las células germinales comience a dividirse por meiosis los cromosomas homólogos se separarán y por ende cada alelo migrará a polos opuestos de la célula. Al finalizar la meiosis se obtendrán gametas que llevarán el cromosoma homólogo con el alelo Rh+ y gametas que tendrán el otro homólogo con el alelo Rh-. Después de que se produzca la fecundación en la cigota encontraremos un nuevo par de cromosomas número 1 con sus correspondientes alelos uno materno y otro paterno ver figura 3.7. Cuando los dos alelos de un determinado gen son iguales decimos que el organismo es homocigota para esa característica. Cuando los dos alelos son diferentes decimos que es heterocigota. Los términos homocigota y heterocigota aluden al genotipo del organismo para una característica dada. Volviendo al ejemplo del factor sanguíneo Rh el genotipo homocigota puede ser Rh+Rh+ como también Rh-Rh- y el genotipo heterocigota Rh+Rh-. Figura 3.7 Pero ¿cómo se manifiestan estos genotipos en el fenotipo del ser humano El gen Rh lleva información para la síntesis de una proteína que se encuentra en la superficie de los glóbulos rojos. Mediante un análisis de sangre se puede detectar la presencia o ausencia de dicha proteína. En caso de ser Rh+Rh+ dada la presencia de la proteína en la mem- brana del glóbulo rojo el organismo será Rh+. Si el genotipo es Rh-Rh- debido a la ausencia de dicha proteína el fenotipo será Rh-. En el tercer caso Rh+Rh- tendrá sangre con fenotipo Rh+. En los organismos heterocigotas al alelo que se manifiesta fenotípicamente lo denominaremos dominante mientras que el alelo que no se manifiesta en el fenotipo es el recesivo. meiosis meiosis Tipos de gametas que puede formar este hombre Tipos de gametas que puede formar esta mujer Célula germinal de un varón heterocigota para el factor sanguíneo Célula germinal de una mujer homocigota para el factor sanguíneo Homocigota recesivo Rh+ Rh- Rh- Rh- Rh+ Rh- Rh- Rh- Rh- Rh-

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 72 La meiosis es un tipo de división celular que ocurre solamente en células germinales que en el caso de los seres humanos se encuentran en los órganos sexuales ovarios y testículos. ¿En qué momento de la vida de un organismo ocurre la meiosis No podemos dar una única respuesta ya que depende de la especie analizada. Aún más dentro de la misma especie puede haber diferencias entre machos y hembras como por ejemplo en la especie humana. En el hombre la formación de gametas comienza a partir de la pubertad y continúa hasta la vejez. La meiosis en la mujer comienza mucho antes del nacimiento pero queda detenida en una de sus etapas hasta la pubertad período de la vida en el que continúa dicho proceso. Figura 3.8: Fases de la división meiótica.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 73 El desafío que se nos presenta ahora es comprender el mecanismo de la meiosis. ¿En que momento de la división se reparten los cromosomas homólogos ¿puede ocurrir que el reparto de cromosomas no sea parejo ¿las gametas resultantes tienen la misma información genética Como ya hemos visto antes de que se produzca cualquier tipo de división celular ocurre la duplicación del ADN y por eso los cromosomas de una célula que se va a dividir por meiosis están compuestos por cromátidas hermanas. La meiosis consiste en dos divisiones sucesivas designadas como meiosis I y meiosis II ver figura 3.8. Durante la meiosis I ocurren dos eventos que queremos destacar: el apareamiento de los cromosomas homólogos y su recombinación genética ó crossing-over Profase I y la separación de los cromosomas homólogos Anafase I. Ambos sucesos ocurren al azar y traen como consecuencia la formación de gametas diferentes entre sí. Durante la meiosis II se separan las cromátidas hermanas de cada homólogo. Esta segunda división se asemeja a una mitosis en cuanto a sus fases y resultados. La meiosis puede ocurrir en células diploides. Las células resultantes contienen combinaciones diferentes de información genética debidas exclusivamente al azar. La cantidad de ADN que contiene cada gameta resulta ser un cuarto de la cantidad de ADN que contenía la célula original en Profase I. Se conocen casos en los que la separación de cromosomas homólogos durante la meiosis I no es precisa y esto genera gametas con distinto número de cromosomas con respecto al esperado. Las gametas que tienen menos cromosomas de lo normal no suelen ser viables y las que tienen cromosomas de más en algunos casos sí pueden fecundar a otra. Las cigotas resultantes presentan un número de cromosomas diferente y esto trae como consecuencia algunas alteraciones en los organismos. En los seres humanos uno de los casos más conocidos es el síndrome de Down. Este se manifiesta en organismos que tienen tres copias del cromosoma 21 en lugar de dos. En la mayoría de los casos se debe a la no separación del par de cromosomas 21 durante la meiosis de una célula germinal de uno de los progenitores dando como resultado una gameta con 24 cromosomas y otra con 22. Si ocurre la fecundación entre una gameta normal 23 cromosomas y la gameta con 24 cromosomas la cigota resultante tendrá 47 cromosomas con tres cromosomas 21. Una vez formado el organismo presentará un fenotipo característico: cuerpo bajo y macizo retardo mental anomalías en el corazón y otros órganos. ACTIVIDAD 21 Suponiendo que en la especie humana el color de ojos está determinado por un gen con dos alelos: el alelo N ojos marrones domina sobre el alelo n ojos celestes. Por convención se designa al alelo dominante con una letra mayúscula y al alelo recesivo la misma letra pero en minúscula. a ¿Qué fenotipo corresponde a cada uno de los siguientes genotipos i Nn Rh+Rh- ii Nn Rh+Rh+ iii NN Rh-Rh- b ¿Cuáles pueden ser los posibles genotipos de una persona de ojos marrones y

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 74 sangre factor Rh- ¿ y si tuviera sangre con factor Rh+ y color de ojos celestes c Juan y Luis tienen ojos marrones ¿es posible que presenten distinto genotipo d ¿Qué genotipo debe tener un organismo que posee fenotipo recesivo para una determinada característica ACTIVIDAD 22 Los siguientes esquemas pertenecen a plantas de la misma especie cuyo complemento cromosómico es 2n6. La flor oscura F domina sobre la flor blanca f la estatura alta A domina sobre la baja a la presencia de espinas E domina sobre su ausencia e y la hoja angosta H domina sobre la ancha h. a¿Cuántos genes se analizan en esta actividad b Escriba para cada planta el ó los posibles genotipos indicando si es homocigota o heterocigota para cada característica. c Esquematice un posible cariotipo de la planta 1. Señale en el esquema los cromosomas homólogos las cromátidas hermanas y ubique los genes y alelos correspondientes. d En un cariotipo de la planta 2 ó 3 ¿encontraría diferencias con respecto al cariotipo de la planta 1 Explique su respuesta. e Suponiendo que la planta 1 y 3 tienen el mismo genotipo para la característica altura ¿es posible que presenten distinto fenotipo para esa característica Explique su respuesta. f Observe la planta 2. ¿Es posible encontrar los alelos del gen color de flor en células de las hojas de dicha planta Explique su respuesta. ACTIVIDAD 23 Las plantas de tomate Lycopersicum esculentum son organismos diploides que tienen 16 cromosomas en sus células somáticas. El color de la pulpa de tomate está determinado por un gen que presenta dos alelos. El alelo que determina el color rojo domina sobre el alelo que determina el color amarillo. Suponga que usted tiene una planta heterocigota para dicha característica y además que este gen se encuentra en el par de cromosomas número 1. a ¿Cuántos cromosomas tienen las gametas que genera una planta de tomate b ¿En qué momento de la meiosis se separan los cromosomas homólogos¿y las cromátidas hermanas c ¿Cómo quedan distribuidos los alelos del gen que informa para el color de la pulpa en las gametas Represéntelo con un esquema.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 75 ACTIVIDAD 24 Juan es heterocigota para el color de ojos y heterocigota para el factor sanguíneo Rh. Luis es homocigota dominante para el color de ojos y homocigota recesivo para el factor sanguíneo Rh. a ¿Cuál es el fenotipo de Juan y de Luis para las características mencionadas b ¿Cómo se distribuirán los alelos del factor sanguíneo y del color de ojos en las gametas de Juan¿existe una sola posibilidad Anote todas las posibles gametas diferentes que se pueden formar. c ¿Qué tipos de gametas diferentes en relación a la información genética para estas dos características puede formar Luis d Compare los resultados obtenidos en los puntos b y c. ¿Cuál es la causa de las diferencias ACTIVIDAD 25 En los gatos el pelaje manchado domina sobre el pelaje liso. Esquematice una célula de un gato heterocigota para el tipo de pelaje en: anafase I y metafase II. Señale en los esquemas los cromosomas homólogos las cromátidas hermanas y ubique los alelos para el tipo de pelaje. Para realizar los esquemas considere que las células son 2n6. ACTIVIDAD 26 El siguiente gráfico representa la cantidad de ADN en picogramos que existe en el interior de una célula que se dividió por meiosis originando gametas. Analice el gráfico y señale en el eje horizontal las etapas del ciclo celular. ACTIVIDAD 27 El ser humano es un organismo diploide 2n46 y sus células en G1 tienen 10 pg de ADN. Con la ayuda de la información anterior complete el siguiente cuadro: Fase del ciclo celular Cantidad de cromosomas Cantidad de ADN pg Cantidad de cromátides por cromosoma. G2 Metafase I Metafase II Gameta 0 5 10 15 20 25 Etapa del ciclo celular Cantidad de ADN pg

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 76 ACTIVIDAD 28 Compare la meiosis y la mitosis mediante un cuadro. Utilice los siguientes criterios: tipo de célula donde ocurre 2n o n número de divisiones que suceden cantidad de células que se obtienen si se requiere duplicación previa del ADN y la ocurrencia de eventos que causan variabilidad. ACTIVIDAD 29 Los siguientes esquemas representan diferentes células en plena división celular. Observe cada uno de ellos y diga: de qué tipo de división celular se trata en qué fase de la división celular se encuentra y cuál es el complemento cromosómico de la célula original la que inició la división. 7. Consecuencias de la meiosis en las poblaciones de organismos que se reproducen sexualmente Variabilidad genética ¿Por qué dos hermanos se parecen pero no son idénticos si provienen de la fecundación de gametas generadas por los mismos progenitores Las gametas formadas por un organismo son diferentes entre sí. Esto es así porque en primer lugar durante la profase I la información de los cromosomas homólogos se recombina al azar a través del entrecruzamiento ó crossing-over ver figura 3.9. No se puede predecir cuáles ni cuántos pares de homólogos van a intercambiar información genética como así tampoco cuáles ni cuántas zonas de cada par serán intercambiadas. Por otra parte los cromosomas homólogos se separan al azar du- rante la anafase I ver figua 3.10. El número posible de gametas distintas que se pueden formar sólo por la separación en esta etapa es de 2 n dónde n es el número de pares de homólogos. Por ejemplo un ser humano con sus 23 pares de cromosomas homólogos es capaz de producir 2 23 tipos de gametas es decir 8.388.608 combinaciones diferentes de cromosomas. Debido a esto es muy poco probable que un hombre forme dos espermatozoides exactamente idénticos con respecto a la información genética.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 77 Figura 3.9: Consecuencia del crossing-over o entrecruzamiento de cromosomas homólogos. a meiosis sin crossing-over b meiosis con crossing-over. La fecundación que sigue a la formación de gametas también es un evento aleatorio ya que las diferentes gametas femeninas se pueden unir con cualquiera de las diferentes gametas masculinas que genera un organismo. Y ésto pensando sólo en parejas estables. Seguramente usted estará imaginando otras posibilidades. Figura 3.10: Consecuencias de la separación al azar de los cromosomas homólogos en dos células germinales del mismo organismo.. La variabilidad genética presente en las gametas de organismos de reproducción sexual representa para las poblaciones una garantía para afrontar cambios inesperados en el ambiente. Este aspecto será desarrollado en el capítulo 4. A A A A A A A B B B B b b b b a a a a a a a a a a A A B B B B b b b b A a b a b

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 78 ACTIVIDAD 30 Suponga una especie de insectos 2n4 que se reproduce sexualmente. Las alas oscuras A dominan sobre las alas claras a. Las patas largas P dominan sobre las patas cortas p. Ud. tiene un insecto heterocigota para los dos genes AaPp. Analice las siguientes situaciones: 1- Los genes que informan para el color de las alas y largo de patas se encuentran en diferentes pares de homólogos. 2- Los genes que informan para el color de alas y largo de patas se encuentran en el mismo par de homólogos. a ¿Cuántos tipos de gametas puede formar este insecto según la situación 1 b ¿Cuántos tipos de gametas puede formar ese insecto según la situación 2 c Considere que en la situación 2 además se produce crossing-over entre los genes largo de pata y color del ala.¿Cuántos tipos de gametas diferentes formará este insecto ¿Qué diferencias encuentra con el caso anterior b ACTIVIDAD 31 La mayoría de las especies animales se reproducen sexualmente. Compare la variabilidad genética de una población de colibríes con una población de bacterias que se reproducen asexualmente. Mencione qué división celular está implicada en cada caso y cómo y cuándo se produce la variabilidad. ACTIVIDAD 32 Piense en la población de colibríes mencionada en la actividad anterior. Al respecto redacte un texto que relacione los siguientes términos: meiosis mutaciones anafase I y variabilidad genética. 8. ¿Por qué los hijos se parecen a sus padres Leyes de la herencia Desde que éramos niños hemos oído frases como éstas: “tenés la nariz de tu papá” o “el color de tus ojos es el de tu mamá”. Sin embargo cada una de nuestras características es el resultado de nuestro desarrollo. Su nariz y el color de sus ojos surgieron por crecimiento dentro y fuera del útero siguiendo ciertas instrucciones de desarrollo que estaban presentes en la cigota. Sería más apropiado decir que usted y sus padres se desarrollaron de manera similar y como consecuencia de ello se asemejan en algunas características. No es la nariz lo que comparten sino las instrucciones para hacerla. Estas instrucciones genes se transmiten de generación en generación. Ya hemos visto que los genes son secuencias de ADN que éste se encuentra asociado a histonas formando la cromatina que la cromatina se condensa y se pueden visualizar los cromosomas por lo que podemos concluir que un cromosoma tiene muchos genes. La cantidad y tipo de genes presentes en un cromosoma es característico de cada especie. Actualmente se calcula que la especie humana tiene 30000 genes distribuidos en los 23 pares de cromosomas. La base de la transmisión genética está relacionada con el

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 79 comportamiento de los cromosomas durante la meiosis puesto que en los organismos de reproducción sexual la información genética que contiene la cigota depende de los genes presentes en las gametas que le dieron origen al producirse la fecundación. Veamos un ejemplo. Un hombre heterocigota para el gen factor sanguíneo Rh y para el gen color de ojos forma pareja con una mujer homocigota recesiva para el gen factor sanguíneo Rh y heterocigota para el gen color de ojos. Según lo visto hasta ahora y suponiendo que los genes se encuentren en pares de cromosomas diferentes el hombre podrá formar cuatro tipos diferentes de gametas con respecto a estos dos genes: Rh+N Rh+n Rh-N Rh-n mientras que la mujer sólo dos: Rh-N y Rh-n. ¿Cómo saber todos los posible genotipos de cigotas que se pueden formar después de la fecundación Los genetista suelen construir un cuadro de doble entrada como el que se muestra a continuación. En uno de los lados se colocan todas las posibles gametas femeninas y en el otro todas las posibles gametas masculinas. En cada casilla cen- tral aparece el genotipo resultante de la fecundación. Los genotipos de las cigotas que se muestran en el cuadro son todos las posibles y cada una de ellos tiene la misma probabilidad de formarse. Observando la tabla vemos que hay ocho cigotas posibles pero no todas tienen diferente genotipo. Por ejemplo sobre un total de 8 cigotas posibles hay 2 heterocigotas para las dos características 2 homocigotas recesivas para el factor sanguíneo y heterocigotas para el color de ojos y las cuatro restantes son diferentes entre sí. Pero ¿cuál es la probabilidad de que una cigota sea homocigota recesiva para el factor sanguíneo Rh y heterocigota para el color de ojos Dado que son dos las cigotas con ese genotipo la probabilidad es de 2/8 que es lo mismo que ¼ ó 25. De la misma manera podemos decir que la probabilidad de que se forme una cigota homocigota recesiva para las dos características es 1/8 una cigota sobre un total de 8 posibles tipos. Si esta pareja tiene un primer hijo heterocigota para las dos características ¿cómo podría ser un segundo hijo ¿puede ser igual al primero El segundo hijo puede ser igual o diferente al primero porque la nueva fecundación es un hecho independiente del anterior las gametas probables son las mismas y cualquier gameta masculina puede fecundar a cualquier otra femenina. Es importante mencionar que la probabilidad es una estimación estadística de lo que puede ocurrir y no una certeza. Ahora bien ¿desde cuándo se conocen los mecanismos de la herencia Rh+ N Rh+ n Rh- N Rh- n Rh- N Rh+Rh- NN Rh+Rh- Nn Rh-Rh- NN Rh-Rh- Nn Rh- n Rh+Rh- Nn Rh+Rh- nn Rh-Rh- Nn Rh-Rh- nn

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 80 El trabajo con plantas de arvejas que llevó a cabo en el jardín de un monasterio de Brünn un monje austríaco llamado Gregor Mendel 1822- 1884 marca el comienzo de la genética moderna. La gran contribución de Mendel fue demostrar que las características heredadas se transmiten en unidades discretas y que se redistribuyen en cada generación. Mendel supuso la existencia de unidades discretas actualmente conocidas como genes a partir del análisis cuantitativo de muchas generaciones de plantas de arvejas. La primera ley de Mendel o principio de segregación propone que cada individuo lleva un par de factores ahora llamados alelos para cada característica y que los miembros del par segregan se separan durante la formación de las gametas. Como se recordará durante la meiosis los pares de homólogos se separan distribuyendo los alelos de un mismo gen. Por lo tanto Mendel en su primera ley no estaba haciendo más que predecir la anafase I de la meio- sis. Lo curioso es que cuando publicó sus trabajos en 1865 nada se sabía de la meiosis ni de los cromosomas. La segunda ley de Mendel o principio de la distribución independiente establece que los alelos del gen para una característica dada segregan independientemente de los alelos del gen para otra característica cuando se forman las gametas. Este principio alude a la separación al azar de distintos pares de homólogos durante la anafase I generando gametas con distintas combinaciones de alelos. La segunda ley de Mendel presenta limitaciones porque es válida sólo cuando se analizan genes que se encuentran en diferentes pares de homólogos. No se cumple cuando se trabaja con genes ligados es decir que se encuentran en el mismo cromosoma. Los trabajos de Mendel fueron ignorados hasta 1900. En esos 35 años progresó la microscopía y por ende el estudio de las células se descubrieron los cromosomas y sus movimientos durante la mitosis y la meiosis. Fue entonces cuando los biólogos de la época estuvieron preparados para aceptar los hallazgos de Mendel. No en vano se lo conoce como el padre de la Genética. ACTIVIDAD 33 Ana tiene sangre con factor sanguíneo Rh+ y Juan tiene sangre con factor sanguíneo Rh- a ¿Cuáles pueden ser los genotipos de cada uno de ellos b Considerando esos genotipos ¿qué tipos de gametas puede formar cada uno de ellos c Elija uno de los posibles genotipos de Ana y calcule la probabilidad de que junto con Juan tengan un hijo con sangre Rh-. ACTIVIDAD 34 Aceptando que en la especie humana el color de ojos celestes es recesivo respecto del color marrón. a ¿Puede una pareja de personas de ojos marrones tener un hijo de ojos celestes Explique su respuesta. b ¿Puede una pareja de personas de ojos celestes tener un hijo de ojos marrones Explique su respuesta.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 81 ACTIVIDAD 35 Suponga que en la especie humana el color de pelo castaño es dominante respecto al color rubio y el color de ojos marrones domina sobre el color celeste. Laura es rubia y de ojos marrones y Pedro tiene ojos celestes y pelo color castaño. a En base al fenotipo indique los posibles genotipos de Laura y Pedro. b Luis rubio y de ojos celestes es el primer hijo de esta pareja. ¿Podría usted ahora afirmar cuál es el genotipo de los padres c ¿Qué tipos de gametas pueden formar Laura y Pedro d ¿Cuál es la probabilidad de que un segundo hijo sea rubio y de ojos marrones ACTIVIDAD 36 En las plantas de arvejas el color de la flor violeta domina sobre el color blanco y el tipo de semilla lisa domina sobre el tipo rugoso. A partir de una planta homocigota dominante para el color de flor y heterocigota para el tipo de semilla y otra planta de flores blancas y semillas rugosas se obtienen descendientes. a ¿Qué tipos de gametas pueden formar los progenitores b ¿Cuál es la probabilidad de encontrar en la descendencia plantas de flores violetas y con semillas rugosas c ¿Cómo explicaría el hecho de que en la descendencia no haya plantas con flores blancas d Esquematice una célula de la primera planta progenitora en anafase I. Señale en el esquema: cromosomas homólogos cromátidas hermanas y ubique los alelos correspondientes. Considere que la arveja es 2n4. ACTIVIDAD 37 En la raza de perros cocker spaniels el color y tipo de pelaje están determinados genéticamente. El color negro es dominante sobre el color rojo y la coloración uniforme es dominante sobre el patrón moteado. Un macho de pelo negro y uniforme se aparea con una hembra de piel moteada y de color rojo. Entre ellos producen una camada de seis cachorros: dos negro uniforme dos rojo uniforme uno negro moteado y uno rojo moteado. a ¿Cuál es el genotipo de cada uno de los padres b Los cachorros rojos uniformes son los más atractivos ¿qué probabilidad tiene esta pareja de tener cachorros con ese fenotipo c Esquematice una célula del macho en anafase II. Señale en el esquema: cromosomas homólogos cromátidas hermanas y alelos correspondientes. Considere que el perro es 2n6. ACTIVIDAD 38 Suponga que en las plantas de damascos el alelo que lleva información para la piel lisa del fruto domina sobre el que corresponde a la piel con vellosidades y que el alelo que informa para la pulpa amarilla domina sobre el alelo que determina el color de pulpa blanca. El color amarillo de los frutos se debe a la presencia de un pigmento que es fabricado por una enzima que denominaremos pigmentasa. Una planta de frutos vellosos y pulpa amarilla ha sido fecundada por el polen de otra planta de damasco que no ha sido identificada la llamaremos “damasco padre”. Se obtuvieron 100 plantas hijas: 25 tiene tienen frutos lisos de pulpa blanca 25 frutos lisos de pulpa amarilla 25 frutos vellosos y amarillos y 25 frutos vellosos y de pulpa blanca. a En base a estos resultados diga cuál es el genotipo de la planta madre y de la

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 82 planta padre. Explique su respuesta. b Esquematice una gameta de la planta padre ubicando los alelos correspondientes. Considere que el damasco es 2n4. c Los damascos vellosos y amarillos son los de mejor comercialización. ¿Qué progenitores elegiría para obtener la mayor cantidad de damascos con este fenotipo d ¿En qué células de la planta de damasco se encuentra la información genética para fabricar la enzima pigmentasa Explique su respuesta. e ¿Qué mecanismos de regulación de la expresión genética conoce que puedan explicar la ausencia de la enzima pigmentasa en las células de las hojas f “...Si en una cigota de damasco se produce una deleción en el gen que informa para la enzima pigmentasa los frutos de la planta adulta serán blancos...” ¿Considera usted que esta afirmación es verdadera Explique su respuesta. ACTIVIDAD 39 Pablo es biólogo y es un gran admirador de Mendel por eso está emulando los cruzamientos que hacía el padre de la genética pero con moscas. Las moscas que tiene en cautiverio presentan dos variantes para el color de ojos rojo y blanco. Pablo hizo cruzamientos entre moscas de ojos rojos y moscas de ojos blancos y obtuvo los resultados que se muestran en la siguiente tabla: a A partir de los resultados obtenidos ¿puede decir cuál es el alelo dominante Explique su respuesta. b ¿Cómo podría explicar que la segunda pareja a pesar de tener el mismo fenotipo que la primera no tenga descendientes con ojos blancos c ¿Qué fenotipo espera obtener en la descendencia de una pareja en la que am- bos son de ojos blancos ACTIVIDAD 40 En cierta especie de ave la forma del pico se presenta en dos variantes: pico recto P y pico curvo p. Otra característica que se hereda es la textura de las plumas. El alelo que determina plumas rizadas domina sobre el de plumas lisas. Se tiene en cautiverio una pareja de dichas aves que tienen el pico recto el macho tiene plumas lisas y la hembra plumas rizadas. Se obtuvieron seis pichones de plumas rizadas de los cuales cinco tienen pico recto y uno pico curvo. a En base a estos datos indique los posibles genotipos de la pareja. Explique su respuesta. b ¿Cuál es el genotipo de los pichones c ¿Cuál es la probabilidad de que esta pareja tenga un pichón de plumas lisas y pico recto d Esquematice una célula somática en anafase y una célula sexual de la hembra en anafase I. Señale en el esquema: cromosomas homólogos cromátidas hermanas y ubique los alelos correspondientes. Progenitores Cantidad de descendientes de.. ojos rojos ojos blancos Pareja I Macho ojos rojos X hembra de ojos blancos 609 599 Pareja II Macho de ojos rojos X hembra de ojos blancos 1120 0

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 83 e La variabilidad genética es una propiedad emergente ¿en qué nivel de organización considera usted que emerge dicha propiedad ACTIVIDAD 41 Suponga la existencia de una especie de planta cuyas flores pueden ser rojas ó blancas. La coloración depende de la presencia de un pigmento que es sintetizado por la actividad de la enzima colorasa. La enzima produce el pigmento a partir de la siguiente reacción: El gen de la enzima colorasa posee dos alelos. Cuando uno de ellos se expresa se sintetiza la enzima colorasa mientras que a partir del otro alelo se produce una proteína con menos aminoácidos y que no es funcional. a ¿Cuál es el color de flor en una planta heterocigota para esta característica b A partir de los datos ¿puede usted decir cuál es el alelo dominante c Si una planta homocigota dominante crece en un ambiente donde no hay hierro Fe ++ ¿cuál será el color de sus flores Explique su respuesta. d ¿Qué tipo de mutación puede haber originado al segundo alelo Explique su respuesta. ACTIVIDAD 42 El color del pelaje en los conejos del Himalaya depende de la actividad de una enzima que denominaremos oscurasa. La actividad de la oscurasa consiste en fabricar un pigmento oscuro. Una característica de esta enzima es su termolabilidad es decir no funciona a altas temperaturas ni siquiera dentro de la gama fisiológica normal. Considere una pareja de conejos himalayos ambos homocigota dominante para el gen que determina la síntesis de oscurasa. A partir de la cruza de estos conejos se obtuvieron cinco conejitos. a Si los conejitos son criados a temperaturas próximas a 5ºC ¿cuál será su fenotipo b ¿Cambiaría la respuesta anterior si los conejitos fueran criados a 35ºC Explique su respuesta. c ¿En este último caso el cambio de coloración en los conejos se debe a mutaciones Explique su respuesta. d ¿El color blanco del pelaje de los conejos es una característica hereditaria Explique su respuesta. e Pensando en un conejito himalayo redacte un texto que relacione los siguientes términos: estructura espacial de la pigmentasa ambiente y fenotipo ACTIVIDAD 43 En la especie humana el grupo sanguíneo está determinado genéticamente y es una característica que se hereda según las leyes mendelianas. Dicho gen presenta tres alelos: alelo A alelo B y alelo O. Los alelos A y B dominan sobre O pero cuando están juntos en el mismo individuo ambos se expresan y en casos como este decimos que los alelos son codominantes. Como sabemos cada persona tiene sólo dos alelos para cada característica. La siguiente tabla muestra todos los genotipos posibles con su correspondiente fenotipo:

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 84 Una mujer de sangre grupo B factor Rh+ tiene un bebé de sangre A factor Rh- a ¿Cuántos genes tiene en cuenta el enunciado anterior b Haga una lista de todos los genotipos posibles de la madre y de su hijo. Analice si cualquiera de los posibles genotipos de la madre podría haber originado un bebé con ese tipo de sangre. c Suponga que un señor de sangre B factor Rh- dice ser el padre de la criatura. ¿Cree usted qué eso es posible Explique su respuesta. ACTIVIDAD 44 Juan tiene ojos oscuros y sangre del grupo B y forma pareja con Ana de ojos celestes y grupo A. Tienen un hijo de ojos celestes y sangre del grupo O. a ¿Cuál es el genotipo de los padres b ¿Cuál es el genotipo del hijo c ¿Es posible que esta pareja tenga un hijo de ojos celestes y grupo AB Explique su respuesta. d Se observan al microscopio dos células de Juan que están en plena división celular. En la primera célula se observan 46 cromosomas duplicados ubicados en la placa ecuatorial no apareados. En la segunda célula se observan 23 cromosomas con dos cromátides cada uno ubicados en la placa ecuatorial. Mencione a qué tipo de división corresponde en qué fase se encuentra y de qué parte del cuerpo puede provenir cada una de ellas. ACTIVIDAD 45 Susana tiene sangre del grupo O y factor Rh-.Tiene dos hijos: uno de ellos tiene sangre B y factor RH+ y el otro tiene sangre del grupo A y factor Rh-. a En base a los datos presentados ¿podría usted decir si ambos chicos son hijos del mismo padre. Explique su respuesta. b Esquematice la gameta masculina que originó al segundo hijo señalando los alelos correspondientes. Considere para realizar el esquema 2n4. c Explique cómo es posible que en todas las células de Susana esté presente el gen que determina su factor sanguíneo. d Explique porqué la proteína del factor sanguíneo Rh no se encuentra en las células de la piel de Susana. 9. Algunas enfermedades se heredan Enfermedades genéticas Algunas enfermedades que padecen los seres vivos se deben a mutaciones y debido a su caracter genético pueden heredarse. La fenilcetonuria la galactosemia la anemia falciforme y la fibrosis quística son sólo algunos ejemplos de enfermedades genéticas recesivas que se manifiestan en humanos. El carácter recesivo de estas enfermedades indica que solo serán enfermas aquellas personas que presenten los dos alelos mutados es decir con genotipo homocigota recesivo. Las perso- nas homocigotas dominante y las heterocigotas presentarán el fenoripo Genotipo AA AO BB BO 00 AB Fenotipo grupo A grupo A grupo B grupo B grupo 0 grupo AB

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 85 sano. En la mayoría de los casos estas enfermedades se caracterizan por la ausencia de una enzima específica ó por la síntesis de enzimas sin actividad biológica debido a alteraciones en su estructura primaria. Veamos un ejemplo: los individuos con fenilcetonuria carecen de la enzima que convierte el aminoácido fenilalanina a tirosina. Cuando esta enzima falta la fenilalanina y sus productos de degradación se acumulan en el torrente sanguíneo y en la orina. Estos productos de degradación son dañinos para las células del sistema nervioso en desarrollo y pueden causar retardo mental profundo. Actualmente el conocimiento que se tiene acerca de esta enfermedad permite tratar a los niños que son homocigotas recesivos y evitar la aparición de los síntomas. A través de un análisis sanguíneo a los recién nacidos se puede detectar la ausencia de la enzima. En este caso los bebes reciben una dieta especial con bajas cantidades de fenilalanina la suficiente para satisfacer las necesidades del organismo pero no tanta que permita acumulaciones tóxicas. Así es que estos niños se desarrollan normalmente. Otras enfermedades genéticas también pueden ser tratadas si se detectan a temprana edad por ejemplo la galactosemia. Pero no todas las enfermedades genéticas tienen actualmente un tratamiento que mejoren las condiciones de vida de las personas afectadas. Deseamos que en futuras ediciones la oración anterior pueda ser borrada. ACTIVIDAD 46 La fenilcetonuria es una enfermedad genética recesiva. De no ser atendidas a tiempo las personas homocigotas recesivas desarrollan un retardo mental profundo. Juana tiene sangre de grupo sanguíneo B y es sana respecto a la enfermedad fenilcetonuria. José también es sano y su sangre es del grupo AB. Después de dos años de convivencia tienen mellizos Lucas es homocigota recesivo para la fenilcetonuria y tiene sangre del grupo B mientras que Franco es sano y su grupo sanguíneo es A. Considere que Lucas fue alimentado desde su nacimiento con una dieta pobre en fenilalanina. a ¿Cuántos genes se mencionan en el enunciado b En base a los datos fenotípicos ¿cuál es el genotipo de los padres c ¿Cuáles son los genotipos de los mellizos d ¿Cuál es el fenotipo de Lucas. Explique su respuesta. e ¿Considera usted que los hijos de Lucas serán sanos Explique su respuesta. ACTIVIDAD 47 La galactosemia es una enfermedad genética recesiva que impide a los lactantes digerir bien la leche. Los niños homocigotas recesivos crecen normalmente si son alimentados con una leche especial parcialmente digerida. a Utilizando los conceptos de fenotipo genotipo y ambiente discuta la siguiente afirmación: “...En una población que se alimenta con leche digerida no hay perso- nas enfermas de galactosemia...” b Los síntomas de una enfermedad son propiedades emergentes ¿a que nivel de organización de la materia se lo adjudica ACTIVIDAD 48 La anemia falciforme es una enfermedad genética recesiva debido a una mutación

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Capítulo 3: La información genética se hereda. 86 que trae como consecuencia la alteración de la estructura espacial de la proteína hemoglobina. La hemoglobina es una proteína que se sintetiza solamente en los glóbulos rojos. Cuando se analiza la hemoglobina de personas enfermas hemoglobina fallada se encuentra que difiere de la hemoglobina normal en un solo aminoácido. Juan es rubio y heterocigota para la anemia falciforme y forma pareja con Sara que es morocha y sana. Al cabo de un tiempo tienen dos hijos ambos rubios pero uno sano y otro anémico. a ¿Puede usted decir con certeza cuál es el genotipo de Sara Explique su respuesta. b ¿Cuál es la probabilidad de que esta pareja tenga un hijo morocho y sano c Si compara la secuencia de nucleótidos del gen que informa para la hemoglobina en los dos hijos de esta pareja ¿cree usted que encontraría diferencias Explique su respuesta. d ¿Es posible que en los glóbulos rojos de Juan se encuentren al mismo tiempo la hemoglobina normal y la fallada Explique su respuesta. e ¿Cómo explica que la proteína hemoglobina sólo se sintetice en los glóbulos rojos y no en otros tipos celulares Bibliografía: -Curtis Helena y colaboradores. 2000. Biología. Buenos Aires. Editorial Médica Panamericana. -Purves William y colaboradores. 2003. Vida. La ciencia de la biología. Editorial Médica Panamericana. Bibliografía sugerida lecturas complementarias: -Alonso Daniel 2002. El desafío del cangrejo. Avances en el conocimiento prevención y tratamiento del cáncer. Colección “Ciencia que ladra...”.Universidad Nacional de Quilmes. Siglo XXI. -Gellon Gabriel 2004. El huevo y la gallina. Manual de instrucciones para construir un animal. Colección “Ciencia que ladra...” Universidad Nacional de Quilmes. Siglo XXI.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 87 1. Cambian......todas las especies cambian Introducción al concepto de evolución y a la biología evolutiva La biodiversidad actual está estimada en decenas de millones de especies pero tal vez esta cifra sólo represente el 1 de las que existieron desde el comienzo de la vida. Esta innumerable cantidad de especies se originó a partir del primer ser vivo una estructura similar a una célula procariota que se originó hace 3.500 millones de años. Este larguísimo transcurso de tiempo que puede dividirse en diferentes eras y períodos geológicos estuvo caracterizado por constantes cambios en las especies y en el medio ambiente. Llamaremos evolución a los cambios genéticos ocurridos en las poblaciones a lo largo de numerosas generaciones y biología evolutiva a la parte de la biología que estudia estos cambios. 2. La población y sus genes El genotipo de un individuo versus el reservorio génico de una población En los capítulos anteriores estudiamos cómo se hereda el genotipo también cómo su expresión está regulada por el ambiente y se manifiesta en el fenotipo. El genotipo no cambia durante la vida del individuo aunque sí varía su expresión durante el crecimiento y las distintas etapas del desarrollo. De tal manera que el fenotipo sí puede cambiar durante la vida de un individuo. La evolución biológica implica cambios genéticos en las poblaciones y finalmente en las especies. Los tiempos que requieren estos cambios se miden en cientos o miles de generaciones y por lo tanto trascienden la efímera vida de un individuo ver figura 4.1. Por ejemplo los descendientes de una bacteria luego de sólo veinte minutos pueden volver a reproducirse de manera que una población bacteriana puede experimentar cambios genéticos en apenas una semana durante la cual transcurrirían quinientas generaciones. En el caso de la especie humana que tiene generaciones de veinte años se requieren más de diez mil años para que pasen quinientas generaciones más tiempo del que se tiene registro histórico. Los procesos evolutivos ocurren constantemente y sobre todas las especies. Incluso en nuestros hogares somos testigos de procesos evolutivos en poblaciones de insectos. Un ejemplo típico y notorio ocurre con las cucarachas. Los venenos que utilizamos para combatir a estos insectos dejan de ser efectivos y deben ser cambiados periódicamente. La explicación popular de este hecho dice que las cucarachas para hacerse más fuertes se adaptaron generando defensas y se volvieron CAPÍTULO 4 LA EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS

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Capítulo 4: La evolución de los seres vivos 88 inmunes. Pero ¿podrían mutar en el mismo momento todas las células de las cucarachas ¿es posible esto Por supuesto que no y en realidad luego de la aplicación de un veneno la mayoría o incluso la totalidad de las cucarachas mueren. Para entender cómo evolucionan las poblaciones empecemos por conocer cómo está formada una población y cómo podría cambiar en la siguiente generación. Recuerde que estamos hablando de cambios genéticos en las poblaciones. Nuestro objeto de estudio ya no es el individuo sino la población. Una población está integrada por individuos de la misma especie y que por lo tanto pueden reproducirse entre sí. Al ser la población el nuevo objeto de estudio se puede determinar cuáles alelos y fenotipos están presentes y cuáles son más comunes o frecuentes. Los genes y alelos presentes en una población y la frecuencia de cada uno de ellos se conoce como reservorio génico o pool génico. Cuando las poblaciones son estudiadas y seguidas durante varias generaciones se pueden descubrir cambios en el reservorio génico y además proponer las posibles causas que expliquen esos cambios. Figura 4.1: La evolución implica cambios en las poblaciones durante varias generaciones mientras que la capacidad de crecer y desarrollar son propiedades emergentes de los individuos. Los colores blanco gris y negro representan diferentes fenotipos. Volvamos al ejemplo de las cucarachas. Utilicemos el caso sencillo una población de cucarachas de sólo 2 individuos de distinto sexo. Supongamos además que en el genoma de las cucarachas existe un gen de resistencia a toxinas llamémosle Atox con dos alelos: uno Genotipo cigota Fenotipo adulto Generación 1 Genotipo cigota Genotipo cigota Fenotipo adulto Fenotipo adulto Generación 2 Crecimiento y desarrollo en un determinado ambiente Reproducción Fenotipo adulto Fenotipo adulto Genotipo cigota Genotipo cigota Fenotipo adulto Fenotipo adulto Fenotipo adulto Genotipo cigota Genotipo cigota Genotipo cigota E V O L U C I O N Crecimiento y desarrollo en un determinado ambiente

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 89 dominante N que se expresa en un fenotipo resistente a las toxinas y otro recesivo n que se manifiesta en un fenotipo vulnerable a las toxinas. La cucaracha hembra es heterocigota Nn y el macho es homocigota recesivo nn ver figura 4.2. ¿Cuál es el reservorio génico de esta población. Si hay dos individuos diploides 2n en esta pequeña población hay sólo 4 alelos para el gen Atox pero ¿cuántos alelos de cada tipo: tres alelos son recesivos eso da una frecuencia relativa del 75 valor que resulta de hacer 3/4 x 100 y uno dominante es decir con una frecuencia relativa de 25. Ahora supongamos que esta pareja se reproduce y deja como descendencia ocho cucarachitas. ¿Qué genotipo tendrían los descendientes En este caso los posibles genotipos de la generación filial son dos: heterocigotas u homocigotas recesivos. Supongamos que cinco crías son homocigotas recesivos y tres heterocigotas ver figura 4.2. El tamaño de la población aumentó a diez individuos. ¿Cuál es el nuevo reservorio génico de esta nueva población Ahora hay 20 alelos para el gen y si contamos la cantidad de alelos de cada tipo encontramos dieciséis recesivos y cuatro dominantes. La frecuencia relativa del alelo recesivo es 80 valor que resulta de hacer 16/20 x 100 y la frecuencia relativa del alelo dominante es de 20. Figura 4.2: Frecuencias alélicas relativas antes y después del evento reproductivo. ¿Qué implica calcular las frecuencias de alelos Implica cambiar de objeto de estudio dejar de trabajar con individuos y pasar a analizar las poblaciones. Siguiendo con el ejemplo anterior ¿qué clase de fenotipo es más frecuente en esta población antes y después del evento reproductivo Reservorio génico: es el conjunto de todos los genes y alelos que se encuentran en una población. Este término también se conoce como pool génico.

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Capítulo 4: La evolución de los seres vivos 90 Antes de que se reprodujeran había solo dos cucarachas. La hembra como es heterocigota es resistente al insecticida mientras que el ma- cho es vulnerable por lo tanto la frecuencia relativa es 50 para cada fenotipo ver figura 3. Si analizamos la población después de la reproducción encontramos cuatro cucarachas resistentes la madre y tres descendientes es decir una frecuencia relativa de 40 y seis vulnerables el padre y cinco descendientes una frecuencia relativa de 60 ver figura 4.3. Figura 4.3: Gráfico de barras que muestra las frecuencias fenotípicas relativas de la población de cucarachas antes y después del evento reproductivo. ¿Qué eventos o procesos podrían modificar las frecuencias de alelos y fenotipos de una población Responderemos esta pregunta en los próximos apartados pero le dejamos para pensar este interrogante: ¿cómo cambiarían las frecuencias alélicas y fenotípicas en esta población después de aplicar el veneno ACTIVIDAD 1 ¿En qué nivel de organización de la materia aparecen cada una de las siguientes propiedades emergentes: reproducción evolución desarrollo y metabolismo. ACTIVIDAD 2 Pensando en el caso de las cucarachas descripto en el apartado 2. Redacte un texto que relacione los siguientes términos: genotipo individuo reservorio génico y población. ACTIVIDAD 3 En una población humana de mil personas se determinaron los genotipos para el gen factor sanguíneo. El 50 de las personas son homocigotas dominantes 200 son heterocigotas y 300 son homocigotas recesivos. a ¿Cuántos alelos para el gen factor sanguíneo posee cada individuo b ¿Cuántos alelos hay para el gen factor sanguíneo en esta población Frecuencia alélica relativa del alelo x: se calcula dividiendo la cantidad de alelos “x“ por la cantidad total de alelos en la población. Si este valor se multiplica por 100 se obtiene un porcentaje. 0 10 20 30 40 50 60 70 Inicial Final Tiempo Frecuencia fenotípica relativa Resistente Vulnerable

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 91 c Calcule las frecuencias alélicas y las frecuencias fenotípicas complete en la tabla. d Realice un gráfico de barras con las frecuencias fenotípicas obtenidas. e ¿Qué ventaja tiene utilizar valores de frecuencias relativas expresados como porcentajes f ¿Las frecuencias calculadas serán iguales en todas las poblaciones humanas Justifique su respuesta. ACTIVIDAD 4 ¿Por qué los investigadores utilizan en los experimentos de evolución organismos que poseen tiempos generacionales breves Ejemplo: mosca de la fruta 10 días o bacterias 20 minutos. ACTIVIDAD 5 Las flores de cierta especie de planta diploide pueden ser de color azul o blanco. Investigaciones posteriores demostraron que el color de las flores está determinado por un gen con dos alelos: azul A dominante y blanco a recesivo. En una población de estudio se determinó que hay 5 plantas homocigotas dominantes 70 heterocigotas y 25 homocigotas recesivas. a ¿Cuántos alelos dominantes A y recesivos a hay en la población. Calcule las frecuencias alélicas relativas expresadas como porcentaje. Complete los valores en la tabla. b ¿Cuántas plantas poseen flores azules ¿Cuántas flores blancas Calcule las frecuencias fenotípicas de esta población y complete los valores en la tabla. c Realice un gráfico de barras con las frecuencias alélicas. Alelo Frecuencia Fenotipo Frecuencia Cantidad Cantidad + Factor Rh+ - Factor Rh- Total 100 Total 100 Alelo Frecuencia Fenotipo Frecuencia A Plantas de flores azules a Plantas de flores blancas Total 100 Total 100

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Capítulo 4: La evolución de los seres vivos 92 3. La evolución y las adaptaciones al ambiente El mecanismo evolutivo de la selección natural En muchas oportunidades al observar los seres vi- vos nos maravillamos de las adaptaciones al medio ambiente que poseen. Si pensamos por ejemplo en las aves observamos que las distintas formas y tamaños de picos les permiten aprovechar diferentes tipos de alimentos. Los picos cortos y gruesos son ideales para romper semillas y frutos duros mientras que los picos largos y finos permiten extraer insectos de orificios en los árboles y el suelo. Además del plumaje que en algunas especies es un perfecto traje de camuflaje que reduce el riesgo de ser atacadas y en otras es sumamente colorido llamando la atención de individuos del sexo opuesto. Los ejemplos de adaptaciones en las especies son incontables. Tal grado de ajuste entre el fenotipo de los seres vivos y el ambiente llevó a pensar en el pasado en la necesidad de un creador que realizara tan importante obra pensamiento creacionista. O tal vez que estas estructuras capacidades y comportamientos adaptativos aparecieron por la necesidad imperiosa de los individuos de adaptarse al medio ambiente y que luego esas adaptaciones adquiridas fueron heredadas por la descendencia pensamiento lamarckiano. Claro está que esto último requeriría necesariamente que cambiara el genotipo durante la vida de los individuos para que estos cambios pudieran heredarse. Sabemos que esto último es erróneo. Por lo tanto no es por voluntad ni por necesidad que se originan las adaptaciones al ambiente en los seres vivos. Cabe entonces preguntarse: ¿son todos los individuos de una población iguales Sabemos que no existe variabilidad genética producto de las mutaciones y la reproducción sexual. Como lo que se hereda es el genotipo nos concentraremos sólo en las características fenotípicas determinadas en parte por los genes y no en las características adquiridas del ambiente ya que no son heredables. Si somos distintos genotípica y fenotipicamente ¿estaremos todos igualmente adaptados a un determinado ambiente La respuesta es otra vez negativa. Algunos fenotipos estarán mejor adaptados a un ambiente que otros y serán estos individuos los que conseguirán más alimentos sufrirán menos predación y por lo tanto tendrán más éxito reproductivo ver figura 4.4.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 93 El éxito reproductivo de un fenotipo se denomina valor adaptativo w. Dado que en una población los individuos poseen fenotipos diferentes también poseen distintos valores adaptativos. Esto produce que no todos se reproduzcan por igual lo que se conoce como reproducción diferencial. ¿Quién decide quién se reproduce más o menos: es el ambiente quien selecciona los fenotipos que están mejor adaptados. En 1858 Charles Darwin 1809-1882 y Alfred Rusell Wallace 1823- 1913 postularon el mecanismo evolutivo conocido como selección natu- ral. Según ellos el ambiente selecciona mediante distintos factores cuáles son los individuos que están mejor adaptados. Un año después 1859 Darwin publicó su obra más importante: “El origen de las especies”. En este libro más precisamente en el capítulo IV retoma la idea de la selección natural y la desarrolla aún más. Este texto produjo controversias y una ruptura en la forma de pensar la biología. Surgieron fanáticos defensores y acérrimos detractores. Darwin recibió duras críticas sobre todo por no poder explicar el origen de la variabilidad en las poblaciones y el mecanismo de herencia de esas variaciones. Recordemos que en 1860 Mendel recién empezaba sus trabajos sobre mecanismos de la herencia y aún no se conocían la división meiótica ni la fecundación. Comenzado el siglo XX los notables avances en el estudio de las células producidos por las mejoras en tecnologías como la microscopía etc permitieron conocer y describir los mecanismos de división celular mitosis y meiosis la fecundación y el desarrollo embrionario. Para la década del 40´ tomó forma la nueva teoría evolutiva conocida como teoría sintética de la evolución. Esta retomó el mecanismo evolutivo de selección natural pero además logró explicar lo que Darwin no pudo ya que integró los nuevos descubrimientos producidos durante la primera parte del siglo XX por las distintas disciplinas biológicas citología genética y embriología. Sus principales exponentes fueron Ernst Mayr 1904-2004 George Gaylord Simpson 1902-1984 Theodosius Dobzhansky 1900- 1975 y Julian Huxley 1887-1975. Apliquemos lo visto en este apartado en el siguiente ejemplo. Supongamos que existe una especie de planta en la cual las hojas pueden ser amargas o insípidas sin sabor. La diferencia está dada en que las plantas con hojas amargas producen un alcaloide que les otorga un sabor desagradable. La capacidad de sintetizar el alcaloide es genética y se debe a la presencia de una enzima codificada por un alelo de un determinado gen. A la planta la producción de este alcaloide le resulta costosa en materia y energía pero evita que se la coman los insectos herbívoros. En una población de esta especie existe variabilidad algunas plantas producen el alcaloide y otras no. ¿Cuál estaría mejor adaptada al ambiente ¿Cuál se reproduciría más y dejaría más descendencia ¿Qué fenotipo de planta será más común luego de varias generaciones ¿Depende su respuesta de la presencia de insectos Efectivamente si en el ambiente hay insectos las plantas que pueden producir el alcaloide estarán mejor adaptadas y se reproducirán más tendrán un mayor valor adaptativo. Las que no fabrican el alcaloide sufrirán la pérdida de sus

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Capítulo 4: La evolución de los seres vivos 94 hojas y producirán pocas semillas. En cambio en un ambiente sin insectos serán las plantas que no producen alcaloide las que tendrán mayor valor adaptativo ya que no invertirán materia y energía en la producción de sustancias inútiles en ese ambiente y sí invertirán en su crecimiento y reproducción. Como conclusión podemos afirmar que no tiene sentido estudiar las adaptaciones en forma aislada del ambiente y que además no existen fenotipos mejores que otros. ACTIVIDAD 6 Actualmente es posible explicar como surge la variabilidad en las poblaciones y como se heredan las características genéticas. Le sugerimos que antes de continuar con el resto de las actividades repase estos conceptos de sus apuntes y de la bibliografía sugerida. ACTIVIDAD 7 Suponga una población de la especie de planta citada en el apartado anterior. En esta población la mayoría de las plantas no producen el alcaloide. Repentinamente una población de insectos herbívoros se establece en la zona. A continuación se proponen tres pronósticos de lo que podría ocurrir. Para cada una de las siguientes afirmaciones indique si es verdadera o falsa y justifique su respuesta. a Las plantas no resistentes a los insectos mutarán para poder producir el alcaloide y así adaptarse al medio ambiente. b Las plantas resistentes verán incrementado su valor adaptativo con respecto a las no resistentes. c La predación de los insectos sobre las plantas no resistentes favorecerá la ocurrencia de una mutación que permita fabricar el alcaloide. ACTIVIDAD 8 Muchas especies de plantas poseen flores que necesitan de agentes externos como los insectos el agua o el viento para ser polinizadas. En el caso que sea necesaria la visita de un insecto se dice que la polinización es entomófila. Una particularidad de este tipo de polinización es que los distintos tipos de insectos son atraídos por diferentes colores de flores. Por ejemplo los colores amarillo y azul atraen a las abejas y avispas mientras que el blanco atrae a las polillas. Supongamos que en determinada especie de planta el color de la flor está determinado genéticamente. Según la combinación de alelos del gen color de flor la coloración puede ser azul o blanca ver actividad 5 de este mismo capítulo. Analicemos como variarían los valores adaptativos w de distintos fenotipos de color de flor en diferentes ambientes. Valores adaptativos: ¿Qué significa un valor adaptativo de 0.5. Por sí sólo este valor no significa nada ya que los valores adaptativos sirven para comparar el éxito reproductivo de dos fenotipos diferentes. Un fenotipo con w 0.5 está mejor adaptado a un determinado ambiente que otro fenotipo con w 0.2 y peor adaptado que un fenotipo con w 0.8. Valores adaptativos en diferentes ambientes Fenotipo color de flor Ausencia de abejas y polillas Presencia de polillas y ausencia de abejas y avispas Presencia de abejas y avispas ausencia de polillas. Blanco W 0 Azul W 0.9

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 95 a Complete la tabla con valores estimados de valores adaptativos w. b ¿Podría asegurar qué plantas están mejor adaptadas se reproducen más si no conoce las características del ambiente ACTIVIDAD 9 La infección de piojos pediculosis en las escuelas es un problema serio. La presencia de un alumno infectado es un foco de transmisión rápido a otros chicos o adultos. Además los venenos usados en el pasado no siempre son efectivos y en algunos casos no matan a los piojos. Para entender esta problemática sanitaria cabe recordar algunos datos importantes. Los piojos son insectos que se reproducen sexualmente y su tiempo generacional es de apenas una semana. Después de ese período una hembra puede poner cientos de huevos por lo que en la cabeza de una persona la población de piojos puede ser muy numerosa. a ¿Existe variabilidad genética en las poblaciones de piojos ¿Cómo se origina esta variabilidad b ¿Existe variabilidad fenotípica en las poblaciones de piojos c ¿Por qué un veneno que eliminaba a casi la totalidad de la población de piojos en el pasado hoy día puede suceder que no mate a todos los individuos 4. En las poblaciones no sólo actúa la selección natural Otros mecanismos evolutivos que pueden cambiar el reservorio génico de una población ¿Qué otros procesos o mecanismos pueden modificar las frecuencias alélicas de una población ¿Y las frecuencias fenotípicas de una población Continuemos por uno que nos es familiar: las mutaciones. Como vimos en el capítulo anterior los alelos de un mismo gen son versiones surgidas por mutaciones que son azarosas en cuanto al lugar y el momento en el que se producen. Los genetistas llaman a uno de los alelos tipo salvaje y al resto los consideran variantes alélicas surgidas por mutaciones de éste. Inicialmente un alelo surgido por mutación posee una frecuencia relativa muy baja. El efecto que tenga la mutación en el fenotipo y la posibilidad de que ese nuevo alelo se transmita a la descendencia son eventos ajenos y posteriores al proceso de la mutación en sí mismo. Otro mecanismo que provoca cambios en el reservorio génico de una población es el flujo génico dado por las migraciones de los individuos. Cada individuo diploide que se va de la población emigración o se inte- gra inmigración lleva consigo dos alelos para cada gen. Por lo tanto en las poblaciones este flujo de genes modifica las frecuencias alélicas e incluso provoca la ganancia o pérdida de variantes alélicas. Otra causa posible que modifica drásticamente las frecuencias de alelos de una población es conocida como deriva génica y al igual que las mutaciones posee un componente aleatorio importante. La deriva génica se produce con las reducciones bruscas del tamaño poblacional y esto puede ocurrir de dos formas. La primera sucede cuando por un evento catastrófico como incendios huracanes o tornados la cantidad

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Capítulo 4: La evolución de los seres vivos 96 de individuos de una población disminuye bruscamente. Luego de estos eventos quedan muy pocos individuos que conservan una pequeña muestra de los alelos que había originalmente y con frecuencias totalmente distintas. El segundo tipo de deriva génica ocurre cuando un pequeño grupo de individuos queda aislado de la población original. Este grupo funda una nueva y pequeña población que posee como punto de partida una parte de la variabilidad genética original. En los dos casos el rol del azar es importante ya que potencialmente cualquiera de los individuos podría haber sobrevivido al desastre o cualquiera podría haber quedado aislado es el azar el que determina qué individuos serán. ACTIVIDAD 10 La figura de la izquierda representa una población con seis individuos diploides. Para cada individuo se muestra el genotipo para un gen que posee tres alelos posibles: B b y Z. Calcule las frecuencias alélicas iniciales en esta población y com- plete los valores en la tabla: a Tire un dado. El número que salió representa el individuo al cual le ocurrirá la mutación. Tire nuevamente. Si sale 1 o 2 mute el primer alelo a la variante Z si sale 3 o 4 mute el segundo alelo a la variante Z y si sale 5 o 6 vuelva a tirar para ver que alelo muta. Repita este procedimiento hasta que hayan mutado dos individuos. i ¿Qué trata de simular este ejercicio ¿Por qué se utiliza un dado ii Calcule la frecuencia de alelos luego de ocurridas dos mutaciones y compare con las frecuencias iniciales. iii ¿Qué conclusiones puede sacar sobre el efecto de las mutaciones en el reservorio génico de una población b Vuelva a utilizar la población inicial. Tire el dado y memorice el número. Tire nuevamente si sale 1 o 2 agregue una cantidad de individuos BB igual al primer número que salió si sale 3 o 4 haga lo mismo pero con individuos Bb y si sale 5 o 6 agregue individuos bb. i ¿Qué se trata de simular en este ejercicio ¿Por qué se utiliza un dado Individuo 1: BB Individuo 2: bb Individuo 3: Bb Individuo 5: Bb Individuo 4: BB Individuo 6: BB Frecuencias Inicial Luego de las mutaciones Luego de la deriva génica Luego del flujo génico Cantidad Cantidad Cantidad Cantidad Alelo B b Z total

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 97 ii Calcule la frecuencia de alelos luego de agregar los individuos correspondientes y compare con las frecuencias iniciales. iii ¿Qué conclusiones puede sacar sobre el efecto del flujo génico en el reservorio génico de una población c Vuelva a utilizar la población inicial. Tire el dado. Elimine todos los individuos que posean un número menor o igual al que salió. Ej: si salió el cuatro elimine los individuos 1 2 3 y 4. i ¿Qué se trata de simular en este ejercicio ¿Por qué se utiliza un dado ii Calcule la frecuencia de alelos luego de eliminar los individuos correspondientes y compare con las frecuencias iniciales. iii ¿Qué conclusiones puede sacar sobre el efecto de la deriva génica en el reservorio génico de una población iv Si sale el 1 ¿las frecuencias cambian mucho. Si sale 4 ó 5 ¿las frecuencias se mantienen 5. Los mecanismos evolutivos y el origen de la diversidad Hasta fines del siglo XVIII prevalecía la concepción religiosa de que los seres vivos fueron creados por Dios y han permanecido sin cambios tal cual los vemos hoy. Para esa misma época unos pocos investigadores sugerían que las especies de seres vivos podían cambiar. Sin embargo estas primeras ideas transformistas no proponían un mecanismo posible de cambio. Recién a principios del siglo IXX Jean Baptiste Lamarck 1744–1829 propuso el primer mecanismo evolutivo: el uso y desuso de los órganos seguido de la herencia de los caracteres adquiridos. Este mecanismo fue aceptado como válido durante casi un siglo hasta que en 1891 August Weismann 1834-1914 lo rechazó mediante una serie de experimentos. A pesar de estar equivocado Lamarck posee el mérito de ser un pionero con sus ideas transformistas y un precursor de una nueva disciplina biológica: la biología evolutiva. En estos doscientos años y a pesar de las idas y vueltas la biología evolutiva acumuló un importante bagaje de contenidos teóricos formuló diversas teorías y se planteó nuevas hipótesis. La biología evolutiva fue ganando su lugar y actualmente es el núcleo o eje que relaciona entre sí a las demás disciplinas biológicas. Ahora que conocemos los mecanismos evolutivos que modifican los reservorios génicos de las poblaciones podemos avanzar un paso más. Luego de publicado el libro “El origen de las especies” de Charles Darwin en 1859 la selección natural pasó por épocas de desaprobación y de aceptación absoluta. A principios del siglo XX algunos investigadores entre ellos Wallace y Weissman sostenían que la selección natural era el más importante de los mecanismos evolutivos. Según esta corriente de pensamiento llamada neodarwinismo la evolución de las distintas especies fue el resultado de la acción lenta constante y gradual de la selección natural conocida como gradualismo. De ser esto cierto deberían existir en el registro fósil todas las formas intermedias entre las especies originales y las actuales hecho que no siempre ocurre. Los gradualistas se defendían argumentando que el registro fósil era incompleto y que aún muchos Recomendamos leer más sobre las diferencias entre el lamarckismo y el darwinismo ver bibliografía al final del capítulo: Gould 1980.

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Capítulo 4: La evolución de los seres vivos 98 restos no habían sido encontrados. El tiempo pasó y la biología evolutiva avanzó junto con otras disciplinas biológicas como la biología molecular que aportaron pruebas. En el año 1972 dos jóvenes investigadores Stephen Jay Gould 1941-2000 y Niles Eldredge nació en 1943 plantearon que no siempre la evolución es gradual sino que en determinados grupos de seres vivos los cambios ocurren bruscamente de a saltos. Esta nueva teoría evolutiva conocida como equilibrios intermitentes propone que durante la evolución hay períodos de pocos cambios y graduales períodos de estasis seguidos por episodios de cambios bruscos. En esos momentos de cambios bruscos los efectos producidos por los mecanismos evolutivos aleatorios flujo y deriva génica y las mutaciones serían muy importantes e incluso más importantes que la selección natural. La biología evolutiva actual considera que la biodiversidad existente y las millones de especies ya extinguidas son el producto de 3500 millones de años de selección natural en ambientes constantemente cambiantes pero que los procesos evolutivos azarosos tuvieron un rol fundamental e igualmente importante. Como corolario de lo expresado anteriormente repasemos un hecho histórico de la vida en la Tierra. Durante el período cámbrico hace 500 millones de años se extinguieron muchas formas de vida animal conocidas como phylum a pesar de que según parece estaban muy bien adaptados al ambiente marino de aquella época. Por lo tanto su desaparición tuvo mucho de mala suerte es decir de estar en el momento y lugar equivocados. Entre los afortunados sobrevivientes se encontraba un tipo de organismo llamado Pikaia un animal del phylum cordados. Este animal es el antecesor común de todos los cordados actuales entre ellos el Homo sapiens. ¿Qué hubiera sido de nuestra existencia si Pikaia hubiera estado entre la lista de desafortunados desaparecidos del período cámbrico Este libro no existiría tampoco los autores y el resto ya se lo imagina. Bibliografía básica: -Curtis Helena y colaboradores. 2000. Biología. Buenos Aires. Editorial Médica Panamericana. -Purves William y colaboradores. 2003. Vida. La ciencia de la biología. Editorial Médica Panamericana. Bibliografía sugerida lecturas complementarias: -Scheinson Vivian. 2001. La evolución y las ciencias. Editorial Emecé. Buenos Aires. Capítulo 1: Genética y evolución páginas 17 a 58. -Gould Stephen Jay. 1986. El pulgar del panda. Editorial Orbis. Capítulo 7: Sombras de Lamarck páginas 79 a 88. Recomendamos leer más sobre el origen de la variabilidad genética y los mecanismos evolutivos ver bibliografía al final del capítulo: Scheinson 2001.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 99 CAPÍTULO 5 LA MATERIA Y LA ENERGÍA. SUS TRANSFORMACIONES EN LOS SERES VIVOS 1. Los seres vivos son sistemas abiertos Una de las características de los seres vivos es la de ser sistemas obligatoriamente abiertos es decir ser sistemas materiales que necesariamente deben intercambiar materia y energía con el medio para conservar su estructura y funcionamiento. 1a. El intercambio de materia Al decir intercambio de materia estamos hablando del ingreso de moléculas y la salida de otras sustancias químicas que muchas veces son diferentes a las moléculas que entraron. Las sustancias que ingresan a los seres vivos y son esenciales para su conservación y crecimiento se denominan nutrientes. Todos los seres vivos requieren nutrientes aunque éstos no son exactamente los mismos para los organismos heterótrofos que para los autótrofos. Los heterótrofos incorporamos tanto nutrientes inorgánicos agua sales y gases como nutrientes orgánicos. Designaremos con el término alimento a aquellos nutrientes orgánicos que aportan materia y energía. Los principales alimentos son las proteínas los hidratos de carbono los lípidos y los ácidos nucleicos. Pero ¿qué significa que los alimentos aportan materia y energía Una vez ingresadas al cuerpo algunas de las moléculas del alimento son usadas como materia prima para fabricar las proteínas hidratos de carbono lípidos y ácidos nucleicos propios del organismo. La síntesis de estas moléculas le permiten crecer y reponer las que se destruyen. Por otra parte en las uniones entre los átomos de las moléculas orgánicas hay mucha energía. Los organismos utilizan la energía contenida en las moléculas de alimento para llevar a cabo las múltiples funciones que la requieren. Las vitaminas merecen un párrafo aparte. Si bien estos nutrientes son compuestos orgánicos no cumplen la función de ser fuente de materia y energía. En general las vitaminas participan colaborando con distintos procesos enzimáticos que ocurren en los seres vivos. Los organismos autótrofos serán analizados en el próximo capítulo. De todas formas y a modo de introducción diremos que los vegetales algas y algunas bacterias incorporan sólo nutrientes inorgánicos como el dióxido de Carbono CO 2 agua H 2 O y sales minerales que se encuentran disueltas en el agua del suelo ríos y mares. Esos nutrientes son la materia prima con la que estos seres vivos fabrican su alimento y las vitaminas que como se ha mencionado son sustancias orgánicas. Compuestos orgánicos: los compuestos orgánicos están formados por cadenas de átomos de carbono a los que están unidos otros átomos principalmente O H N y P. Los compuestos inorgánicos no tienen átomos de carbono o tienen uno sólo. Recomendamos leer más sobre los compuestos orgánicos ver bibliografía al final del capítulo: Curtis 2000.

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 100 La síntesis de compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas se lleva a cabo en presencia de luz a través de un proceso llamado fotosíntesis. El alimento fabricado por los organismos autótrofos cumple la misma función que tiene el alimento ingerido por los heterótrofos: ser fuente de materia y de energía. 1b. El intercambio de energía Todos sabemos que las máquinas necesitan energía para funcionar: un auto se mueve gracias a la energía que contiene la nafta una bombita un ventilador o una heladera necesitan energía eléctrica y un horno no cocina sin gas. Los seres vivos también necesitamos energía para realizar nuestras actividades tanto las que implican movimientos como gesticular correr o parpadear como otras que ocurren en el interior del cuerpo como la transmisión de un impulso nervioso el movimiento de las células la separación de los cromosomas durante la división celular y la fabricación de macromoléculas. Se reconocen distintos tipos de energía entre los que podemos mencionar la energía eléctrica la calórica la química la del movimiento o cinética y la lumínica. La energía química se encuentra en las sustancias químicas como el gas la nafta o los alimentos. Esta energía se libera de los compuestos cuando éstos se degradan y una vez liberada se puede utilizar. La energía cinética es la del movimiento una pelota de fútbol se mueve porque recibió energía cinética de una pierna en movimiento lógicamente la pelota en movimiento también tiene energía cinética y si es suficiente moverá al objeto con el que choque. También hablamos de energía cinética cuando nos referimos al movimiento de moléculas. La energía lumínica es la que proviene por ejemplo del sol. Por último la energía calórica es la que se desprende de una estufa y también del sol. Todos estos tipos de energía comparten una característica común: no se pueden crear ni destruir pero pueden transformarse de una forma a otra. Veamos algunos ejemplos. Un martillo que golpea un clavo le transmite energía cinética y lo mueve. Pero tras unos martillazos el clavo se calienta lo que indica que parte de la energía cinética se transforma en energía calórica. La energía química de la nafta se transforma en energía cinética cuando el auto se mueve. Pero el motor también se calienta lo mismo que las ruedas al hacer fricción contra el piso. En este caso parte de la energía química se transforma en energía calórica. ¿Por qué decimos que los seres vivos intercambiamos energía con el medio En primer lugar todos incorporamos energía del medio. Nuevamente respecto a este tema existen diferencias entre los organismos heterótrofos y los autótrofos. Los primeros incorporamos energía química contenida en el alimento. Cuando un animal por ejemplo se alimenta de los frutos de un vegetal está incorporando moléculas orgánicas que contienen mucha energía química. Por el contrario los organismos autótrofos incorporan energía lumínica y utilizan esa energía para fabricar su alimento que como hemos visto son sustancias orgánicas que contienen energía química. Dicho en otras palabras estos seres vi- vos tienen la capacidad de transformar energía lumínica en energía química. La energía química contenida en el alimento haya sido éste incorporado por los heterótrofos o fabricado por los autótrofos es transformada en

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 101 otros tipos de energía necesaria para el funcionamiento de los seres vi- vos. Puede ser usada por ejemplo para fabricar macromoléculas que también contienen energía química. También el organismo puede usar la energía del alimento para desplazarse en el espacio en este caso transforma la energía química del alimento en energía cinética. Cabe mencionar que no toda la energía contenida en el alimento es aprovechada y convertida en otro tipo de energía útil para el cuerpo una gran parte se transforma en energía calórica que sale de los organismos y se disipa al ambiente. ACTIVIDAD 1 Usted llega a su casa prepara un sándwich de jamón con queso y se lo come. a ¿Qué nutrientes inorgánicos y orgánicos está incorporando b ¿Cuál de ellos puede considerarse alimento c Usted conoce la importancia de tener una dieta balanceada. ¿Qué otra cosa comería para ampliar la diversidad de nutrientes de su dieta ¿Qué nutrientes aporta la comida con que complementa el sandwich ¿ Qué función cumplen los nutrientes agregados ACTIVIDAD 2 Pensemos en el ser humano como un sistema obligatoriamente abierto: a ¿Qué sustancias salen del cuerpo hacia el ambiente y por qué vía lo hacen b ¿Cuáles serían las consecuencias para nuestro cuerpo si dejara de intercambiar materia con el medio Explique a través de un ejemplo. ACTIVIDAD 3 Se ha mencionado previamente que los principales alimentos son las proteínas los hidratos de carbono los lípidos y los ácidos nucleicos. Confeccione un cuadro que compare estos compuestos químicos en cuanto a: -su función principal energética o estructural -si son o no polímeros -cuáles son los átomos que forman parte de sus moléculas -ejemplos. ACTIVIDAD 4 Seguimos comparando distintos tipos de alimentos: a Mencione una semejanza y una diferencia entre una molécula de un triglicérido y una molécula de glucosa. b El almidón y las proteínas tienen en común ser polímeros. ¿Qué diferencias encuentra entre estas moléculas c Mencione una semejanza y una diferencia entre un aminoácido y una molécula de glucosa. d Mencione una semejanza y una diferencia entre una molécula de glucosa y una de sacarosa. ACTIVIDAD 5 Supongamos que una persona realiza durante una hora y media alguna de las siguientes actividades: jugar un partido de básquet dormir o estudiar. a ¿Cuál de ellas requiere más energía y cuál menos ¿Por qué b ¿Qué tipo de alimentos consumirá un deportista antes de una competencia

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 102 ¿Por qué c Explique qué consecuencias podría traerle a una persona que lleva una vida sedentaria ingerir una dieta rica en azúcares almidón y grasas. ACTIVIDAD 6 En el cuerpo humano más precisamente en el hígado y los músculos se fabrica glucógeno. Respecto a este proceso redacte un texto que contenga y relacione los siguientes términos: síntesis de glucógeno glucosa y energía. ACTIVIDAD 7 Una experiencia con la que todos estamos familiarizados es quemar leña o carbón. El siguiente esquema representa las transformaciones energéticas que ocurren durante este proceso. a ¿Cuál de los dos tipos de energía que se obtienen al quemar leña o carbón es la que se busca cuando uno quiere hacer un asado b ¿En qué situación cotidiana usted jerarquizaría la producción de energía lumínica c Compare la cantidad de energía química contenida en la leña con la cantidad de energía lumínica y calórica que se libera al quemarla si es mayor menor o igual. Justifique su respuesta. 2. La alimentación de los heterótrofos Digestión y absorción Los seres vivos pueden clasificarse en dos grandes grupos según su modo de obtener el alimento: los autótrofos que son capaces de fabricar su propio alimento y los heterótrofos que deben incorporarlo del medio externo. En este apartado analizaremos la alimentación de los heterótrofos quienes de una u otra manera se alimentan siempre de otros seres vi- vos. A este grupo pertenecen todos los animales los hongos y muchas bacterias y protistas. Antes de incorporar el alimento los heterótrofos deben degradarlo parcialmente ¿por qué En la naturaleza el alimento generalmente se presenta en forma de un ser vivo vivo o muerto de sus órganos o en el mejor de los casos de sus restos muy degradados. En esas condiciones el alimento no puede ingresar a las células del cuerpo de ningún heterótrofo: es necesario que previamente sea fragmentado y reducido a moléculas muy pequeñas sólo así puede ingresar a las células de su cuerpo. La degradación de las macromoléculas del alimento recibe el nombre de digestión. Como todo proceso metabólico la digestión está mediada por distintas enzimas específicas que degradan las diferentes macromoléculas. Energía química contenida en leña o carbón Energía lumínica Energía calórica

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 103 2a. La digestión en el cuerpo humano En el ser humano y en otros animales complejos que pertenecen al nivel de organización individuos formados por sistemas de órganos la digestión ocurre en la luz del sistema digestivo. Allí se produce la digestión mecánica por medio de los dientes músculos etc. y la enzimática. Se puede imaginar al sistema digestivo ver figura 5.1 como un tubo hueco por el que circulan los alimentos ingeridos y en el que se vierten distintas enzimas y otras sustancias que participan en la digestión. Las enzimas digestivas se producen en distintos órganos del sistema digestivo o en glándulas anexas como el páncreas. Son específicas es decir que cada una de ellas digiere un determinado alimento. Dado que en los animales este proceso de degradación ocurre en el interior del tubo digestivo fuera de las células recibe el nombre de digestión extracelular. Figura 5.1: Sistema digestivo humano. De la digestión del almidón el glucógeno las proteínas los ácidos nucleicos y los lípidos se obtienen glucosa aminoácidos nucleótidos ácidos grasos y glicerol respectivamente. Los productos de la digestión son absorbidos es decir que ingresan en las células del intestino delgado atravesando sus membranas celulares para pasar luego a la sangre y a la linfa que los repartirán a todas las células del cuerpo. La absorción de algunos alimentos es facilitada por la presencia de otros nutrientes como agua sales minerales y vitaminas que no necesitan ser digeridos. Las macromoléculas no digeridas no son absorbidas y en consecuencia tampoco pasan a la circulación general continúan hasta

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 104 el intestino grueso donde pasan a formar parte de la materia fecal que es eliminada. Este proceso se llama egestión. Una macromolécula que normalmente es egestada de nuestro cuerpo es la celulosa que como se recordará forma parte de las paredes de las células vegetales. Efectivamente en nuestro cuerpo no existe ninguna enzima que digiera esta macromolécula. La celulosa al igual que el almidón es un polisacárido. Sin embargo el tipo de unión química que une las glucosas de la celulosa es ligeramente diferente a la que une las moléculas de glucosa en el almidón. Esta diferencia es suficiente para que la enzima que digiere el almidón no reconozca la celulosa ni la degrade. A pesar de no constituir alimento para nosotros la celulosa y otras fibras presentes en los vegetales estimulan los movimientos peristálticos y facilitan la egestión. 2b. La digestión en hongos y bacterias Las bacterias y los hongos alcanzan según el caso niveles de individuo con organización celular o tisular. Estos organismos también realizan digestión extracelular. Esa digestión explica entre otras cosas que puedan alimentarse de un árbol caído el cadáver de un animal o una rodaja de zapallo que hemos dejado fuera de la heladera. Las bacterias y los hongos sintetizan enzimas digestivas y las secretan hacia el exterior. Allí fuera de las células las enzimas degradan todas las macromoléculas que forman parte del tronco o la calabaza produciendo monómeros que ahora sí pueden penetrar a las células. La capacidad de degradar restos biológicos confiere a las bacterias y hongos un rol fundamental en los ecosistemas: el de ser descomponedores. 2c. Otro tipo de digestión: digestión intracelular. En algunos organismos la digestión se produce dentro de las células digestión intracelular. Este proceso comienza con la endocitosis de macromoléculas o estructuras más complejas como otras células el proceso de endocitosis se analiza en el próximo apartado. Una vez dentro del citoplasma intervienen los lisosomas que son organelas rodeadas por una membrana. Forman parte del sistema vacuolar citoplasmático y contienen las enzimas hidrolíticas responsables de la digestión. A modo de ejemplo uno de los organismos que realiza este tipo de digestión es la ameba que pertenece al reino de los protistas y posee un nivel de organización celular. ACTIVIDAD 8 El siguiente esquema representa la estructura del sistema digestivo en forma simplificada. a Indique en el esquema el nombre correspondiente a cada órgano del sistema digestivo y sus glándulas anexas. b Señale en el esquema en qué órganos ocurre la digestión qúimica de cada tipo de molécula. c Teniendo en cuenta la respuesta anterior indique cuáles son las enzimas que intervienen en cada órgano y dónde se fabrican.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 105 ACTIVIDAD 9 Suponga que usted está comiendo un sándwich de jamón. a Siga el recorrido de una molécula de glucosa que forma parte del almidón del pan hasta que es absorbida. b Siga el recorrido de un aminoácido que forma parte de una proteína del jamón hasta que después de ser absorbido aparece formando parte de una proteína fabricada por el cuerpo. ACTIVIDAD 10 Se quiere comparar distintas enzimas digestivas del cuerpo humano. a ¿Qué criterios usaría para diferenciarlas Mencione por lo menos tres criterios. b Utilizando los criterios elegidos en el punto anterior confeccione un cuadro comparando las siguientes enzimas digestivas: amilasa salivar pepsina maltasa peptidasa lipasa y nucleasa. ACTIVIDAD 11 Las enzimas que actúan en nuestro sistema digestivo se fabrican dentro de diferentes células y son liberadas al tubo digestivo donde actúan. Experimentalmente es posible sacar esas enzimas del cuerpo y separarlas entre sí para estudiar sus características particulares. Entre las características que podemos analizar se encuentra la influencia del pH y la temperatura en su actividad. Para estudiar cómo influye el pH en la actividad de una enzima se preparan distintos tubos que contienen agua la enzima purificada y el sustrato correspondiente. Todos los tubos deben tener la misma cantidad de enzima y de sustrato pero varían en la acidez del medio es decir poseen distinto pH. El pH de una solución se puede disminuir agregando algún ácido como el ácido clorhídrico y se puede aumentar agregando alguna sustancia alcalina como bicarbonato de sodio. Al cabo de quince minutos de iniciada la

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 106 experiencia se determina en cada tubo la actividad de la enzima midiendo cuánto producto de digestión se formó. Los siguientes gráficos muestran la actividad de dos enzimas digestivas a diferentes pH del medio: la amilasa salivar y la pepsina. a ¿Qué gráfico representa la actividad de cada una de las enzimas mencionadas Justifique su respuesta. b Describa cada uno de los gráficos. ¿Qué diferencias encuentra entre ellos c ¿Qué ocurrirá con la actividad de la amilasa cuando entra al estómago que tiene pH 1 d ¿Qué ocurrirá con la actividad de la pepsina cuando entra al duodeno que tiene pH 7 e La pepsina y la amilasa salivar actúan sobre diferentes sustratos. Relacione ese fenómeno con la estructura espacial de cada una de esas proteínas. f ¿Qué relación existe entre las estructuras espaciales de la pepsina y la amilasa y sus respectivas estructuras primarias ACTIVIDAD 12 Imagine una molécula de pepsina que se encuentra en su estómago llevando a cabo su actividad enzimática. Respecto a esa molécula redacte un pequeño texto relacionando los siguientes términos: estructura tridimensional de la pepsina pH y aminoácidos. ACTIVIDAD 13 Se quiere estudiar la actividad de la enzima maltasa a diferentes temperaturas. Para ello se toman dos tubos de ensayos y en cada uno de ellos se coloca la misma cantidad de agua de enzima extraída del duodeno y de maltosa. Uno de los tubos se mantiene a 37 °C y el otro a 15 °C. A medida que pasa el tiempo se va midiendo la cantidad de glucosa que hay en cada uno de los tubos obteniéndose las dos curvas que se muestran a continuación. a ¿Qué curva representa la actividad enzimática de la maltasa en cada tubo de ensayo Justifique su respuesta teniendo en cuenta la influencia de la temperatura en la actividad enzimática. b ¿Cómo sería la curva de un tercer tubo de ensayo mantenido a 80 °C Justifique su respuesta. 0 20 40 60 80 100 120 140 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH Cantidad de producto mg 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH Cantidad de producto mg

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 107 ACTIVIDAD 14 Suponga que usted quiere investigar la actividad de la enzima lipasa en una experiencia parecida a la de la actividad anterior. a ¿Qué sustrato usaría para medir la actividad de la lipasa b ¿De qué parte del tubo digestivo obtendría la enzima c ¿Qué variable usaría para cuantificar la actividad enzimática Suponga que una vez terminada su experiencia obtiene los datos que figuran en la siguiente tabla: d Grafique los resultados indicando cuál es la variable dependiente y cuál la varia- ble independiente. e ¿Cómo explica que la cantidad de producto sea igual en los tubos 5 y 6 a pesar de que el 6 tenga mayor cantidad de sustrato ACTIVIDAD 15 Imagine una célula de su estómago que está fabricando activamente pepsina. a ¿Dónde se encuentra la información genética para fabricar esa enzima y en qué estructura celular se sintetiza b ¿Cree usted que las células del páncreas tienen la información genética para fabricar las enzimas estomacales Justifique su respuesta. c En caso de que su respuesta anterior fuera afirmativa ¿Cómo explica que las células del páncreas no fabriquen pepsina ACTIVIDAD 16 En base a lo que usted ha leído sobre la digestión extracelular en hongos y bacterias y su rol en la descomposición de la materia orgánica conteste las siguientes preguntas: a ¿Por qué cree que uno de los métodos para conservar los alimentos y evitar que Tubo de ensayo 1 2 3 4 5 6 Cantidad de sustrato mg 0 5 10 20 30 40 Cantidad de producto mg 0 5 10 19 30 30 0 50 100 150 200 250 300 350 0 50 100 150 200 Tiempo segundos Cantidad de glucosa mg

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 108 se pudran es colocarlos en la heladera o el freezer b ¿Qué otro método o métodos de conservación de alimentos conoce c ¿Cómo relaciona la eficiencia de esos métodos con la actividad de los descomponedores ACTIVIDAD 17 Los hongos y las bacterias son los encargados de descomponer los restos de seres vivos en la naturaleza. ¿Cree usted que la actividad descomponedora de estos organismos es más activa en verano o en invierno Justifique su respuesta. 3. El alimento entra a las células Membrana plasmática. Mecanismos de transporte Una vez digerido el alimento es absorbido a través de un proceso que implica siempre atravesar alguna membrana celular. En nuestro cuerpo el alimento no sólo atraviesa la membrana de las células intestinales sino también la membrana de las células que forman los capilares sanguíneos y después de ser distribuido por el aparato circulatorio la membrana de todas las células del cuerpo. La membrana plasmática tiene una composición lipoproteica es decir que pertenece al nivel de organización de complejo de macromoléculas. De su composición y de cómo están organizados sus componentes surgen propiedades emergentes que son vitales para la célula. Por un lado constituye un límite entre el citoplasma y el exterior regulando el ingreso y el egreso de sustancias. Esta función es fundamental para mantener las condiciones físicas y químicas internas concentración de iones pH etc. si éstas se modificaran más allá de cierto margen la célula dejaría de llevar a cabo funciones metabólicas y moriría. Por otra parte a través de la membrana la célula recibe información del medio externo. La capacidad de recibir información del exterior y responder a cambios ambientales es fundamental para la vida de todas las células. En los organismos pluricelulares además es esencial para mantener el funcionamiento coordinado de todas las células del cuerpo. En base a diferentes datos experimentales en la década del 70 del siglo XX se elaboró un modelo que explica la estructura y función de las membranas celulares y de todas las membranas que rodean a las organelas: el modelo del mosaico fluido. Según ese modelo ver figura 5.2 las membranas están formadas por una bicapa de fosfolípidos en la que están embutidas proteínas llamadas integrales y moléculas de colesterol sólo en células eucariontes. El nombre del modelo mosaico fluido hace alusión a que los lípidos y proteínas se mueven en la bicapa aunque rara vez migran de una monocapa a la otra. La fluidez de las membranas depende en gran medida de los ácidos grasos que conforman los fosfolípidos de la cantidad de moléculas de colesterol y de la temperatura exterior. De la fluidez dependen ciertos procesos de transporte de sustancias y la actividad de algunas enzimas que están en la membrana estos procesos se detienen cuando la fluidez de la bicapa disminuye por debajo de un valor umbral. Completan el modelo la presencia de proteínas que no están asociadas

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 109 a los lípidos proteínas periféricas y moléculas de oligosacáridos unidas a proteínas y lípidos del lado externo de la membrana. Figura 5.2: Estructura de la membrana plasmática según el modelo del mosaico fluido. Debido al alto contenido lipídico la membrana constituye una barrera hidrofóbica que separa dos medios acuosos: el citoplasma y el exterior de la célula. Esa barrera es fácilmente atravesada por sustancias hidrofóbicas como ácidos grasos pequeños por sustancias pequeñas sin polaridad como el O 2 o el CO 2 y por el H 2 O a través de un proceso llamado difusión simple. Las sustancias hidrofílicas pequeñas entre las que se encuentran la glucosa y los aminoácidos no pueden atravesar la membrana por la zona lipídica pero sí lo hacen a través de proteínas. Muchas de las proteínas presentes en la membrana reconocen específicamente distintas sustancias del medio extracelular o del citoplasma y facilitan su paso a través de la membrana. Dependiendo del caso el traspaso puede realizarse sin necesidad de energía difusión facilitada o con el aporte de energía transporte por bombas. Por último las moléculas muy grandes como las proteínas ingresan o salen de la célula a través de un mecanismo que involucra a toda la mem- brana y que también requiere energía: el transporte en masa ver figura 5.3. La membrana es una estructura dinámica cuya superficie aumenta a medida que la célula crece y cuya composición de lípidos y proteínas se modifica de acuerdo a las condiciones del interior celular y del exterior. Es la misma célula la que fabrica más membrana y/o cambia su composición en base a las instrucciones contenidas en su ADN y a las condiciones ambientales. Las proteínas de la membrana se sintetizan en el retículo endoplasmático granular REG en tanto que los lípidos lo hacen en el retículo endoplasmático liso REL. Antes de llegar a su destino final los lípidos y proteínas de membrana pasan por el complejo de Golgi que

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 110 es una organela que posee enzimas que les añaden oligosacáridos para formar glicoproteínas y glicolípidos. Figura 5.3: Tipos de transporte a través de la membrana plasmática. ACTIVIDAD 18 La siguiente figura representa en forma simplificada la estructura de un fragmento de membrana plasmática. a ¿Cuántos tipos de proteínas diferentes componen la membrana y en qué se diferencian b ¿En qué cara se encuentran los hidratos de carbono c ¿Dónde se localizan las moléculas de colesterol d Los fosfolípidos ¿podrían disponerse de otra forma a la que lo hacen ¿Por qué ACTIVIDAD 19 Haga un cuadro comparando los procesos de difusión simple difusión facilitada transporte activo y transporte en masa respecto a los siguientes aspectos: necesidad de energía participación de proteínas de membrana tipos de sustancias que se transportan y si ocurren a favor o en contra del gradiente. ACTIVIDAD 20 Compare para una célula y una estructura esférica rodeada de una bicapa de fosfolípidos cuáles de las siguientes sustancias podría ingresar al interior: agua gas oxígeno proteínas ión K + ácidos grasos y virus. Justifique sus repuestas. TRANSPORTE PASIVO sin gasto de energía TRANSPORTE ACTIVO con gasto de energía Exocitosis Difusión facilitada a través de proteínas Bombas a través de proteínas Transporte en masa Difusión simple ósmosis cuando de trata de agua Endocitosis Canales iónicos Carriers Espacio extracelular Citoplasma ATP ADP

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 111 ACTIVIDAD 21 Cuando se corta una fruta en trozos y a éstos se les agrega azúcar se observa que de los mismos sale agua ¿cómo explica ese fenómeno ACTIVIDAD 22 Se coloca una célula en una solución acuosa que contiene distintas sustancias y cuyo volumen es diez veces mayor que el de la célula. Suponga que la mem- brana plasmática es permeable para la sustancia A impermeable para la sustancia B y tiene un sistema de transporte activo para ingresar la sustancia C. Dada la situación inicial mostrada en el esquema: a ¿Cómo será la distribución de las tres sustancias en el interior y en el exterior de la célula después de un tiempo Tomando como ejemplo el esquema presentado dibuje uno nuevo con la distribución final de solutos. b ¿Cómo sería la distribución de las sustancias si la célula no tuviera energía disponible Esquematice la situación final para este caso. ACTIVIDAD 23 Imagine una célula muscular de su cuerpo a la que está ingresando glucosa. Referido a ese fenómeno redacte un texto que contenga y relacione los siguientes términos: membrana plasmática genotipo y proteínas de membrana. ACTIVIDAD 24 Suponga que todas las bacterias que forman una colonia pueden incorporar el aminoácido leucina. En determinado momento una de las células de la colonia y sus descendientes pierden esa capacidad de modo que aunque haya mayor concentración de leucina en el medio externo no pueden incorporar ese aminoácido. ¿Cómo explicaría este hecho ACTIVIDAD 25 Volvamos a las células que fabrican enzimas digestivas en nuestro cuerpo ¿por qué mecanismo de transporte por membrana salen las enzimas de las células que las producen ACTIVIDAD 26 El colesterol tiene mala fama a la hora de hablar de la salud. Si las membranas de todas las células eucariontes poseen colesterol ¿por qué en las dietas bajas en colesterol se recomienda comer vegetales y evitar alimentos de origen animal como huevo o manteca ACTIVIDAD 27 ¿Por qué mecanismos podría ingresar a una célula una sustancia tóxica o venenosa sustancia B sustancia C sustancia A

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 112 4. El alimento llega a todas las células del cuerpo El sistema circulatorio humano Para mantener su actividad todas las células de un organismo necesitan recibir alimento. En los organismos unicelulares o formados por pocas células nivel de individuo con organización celular o tisular esa condición se alcanza fácilmente debido a que el alimento pasa de una célula a otra. Contrariamente en los seres formados por millones y millones de células nivel de individuo con órganos o sistemas de órganos existen estructuras especializadas en transportar y distribuir el alimento previamente digerido y absorbido. En muchos animales como el ser humano los nutrientes absorbidos son distribuidos a todos los órganos y a cada una de sus células a través del sistema circulatorio ver figura 5.4. Figura 5.4: Sistema circulatorio humano Este es un sistema de conductos que cuenta con un órgano muscular el corazón que se encarga de bombear la sangre mediante sucesivas contracciones y relajaciones sístoles y diástoles. La sangre que sale del corazón lo hace a través de gruesos conductos llamados arterias que se van ramificando y haciendo cada vez más pequeños. Los conductos más pequeños reciben el nombre de capilares y son los responsables de la provisión de sustancias a cada célula del organismo pluricelular. En su recorrido de vuelta al corazón la sangre que se encuentra en los capilares

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 113 recorre conductos de cada vez mayor diámetro llamados venas. El sistema circulatorio no sólo distribuye alimento y otros nutrientes sino también el oxígeno que ingresa a la sangre a través de los pulmones y que como veremos más adelante es necesario para que cada célula del cuerpo obtenga la energía que necesita. Además la sangre transporta otras sustancias entre las que cabe destacar las hormonas y las sustancias de desecho producidas por las células como el dióxido de carbono y la urea. ACTIVIDAD 28 El siguiente esquema representa en forma simplificada el sistema circulatorio humano. Imagine un glóbulo rojo que está en un capilar de su pierna. a Ubique en el esquema los principales vasos que entran y salen del corazón b ¿En qué parte del esquema ubicaría ese glóbulo rojo c ¿Cuántas veces debe pasar por el corazón para llegar al intestino d Para llegar desde el capilar de la pierna a uno de los pulmones ¿pasa por la arteria aorta ACTIVIDAD 29 Suponga que usted acaba de comer un bocado de carne. Imagine un átomo de carbono que se encuentra formando parte de una proteína de ese bocado hasta que llega a una célula de su mano. a ¿En qué moléculas se encuentra ese átomo desde que ingresa a su boca hasta que es absorbido a nivel intestinal b ¿Qué transformaciones químicas modifican a esas moléculas c Usando el esquema anterior diga qué recorrido sigue la molécula que contiene ese átomo de carbono desde que ingresa al sistema circulatorio hasta que llega a su mano. d Si las moléculas mencionadas en el punto a atraviesan membranas diga por qué mecanismo de transporte lo hacen. ACTIVIDAD 30 El hecho de que cualquier célula de su mano reciba alimento depende de lo que ocurre en otras partes del cuerpo. Al respecto redacte un texto que relacione la llegada de alimento a una de esas células con los siguientes términos: capilares sanguíneos del intestino digestión del alimento y arteria aorta. 5. El alimento es transformado en el interior de las células Metabolismo celular Ya en el interior de las células el alimento es el punto de partida de muchísimas transformaciones energéticas y químicas que reciben genéricamente el nombre de metabolismo. El metabolismo de las células es imprescindible para que cada una de ellas pueda llevar a cabo innumerables funciones relacionadas con el estar viva tales como crecer

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 114 moverse responder a estímulos enviar señales a otras células y dividirse. De hecho las propiedades emergentes de los organismos pluricelulares como un todo reproducción aclimatación crecimiento etc. dependen entre otras cosas del metabolismo coordinado de todas y cada una de sus células. El metabolismo celular está regulado desde el núcleo a través de la información genética contenida en el ADN. Allí se encuentra la información necesaria para fabricar cientos de enzimas diferentes que son las responsables de acelerar específicamente cada una de las distintas reacciones químicas que constituyen el metabolismo. Si bien en las células ocurren muchísimas reacciones químicas los bioquímicos son capaces de agruparlas en series ordenadas de pasos que reciben el nombre de procesos metabólicos. Algunos procesos metabólicos están formados por unas pocas reacciones químicas y otros por más de veinte. Los bioquímicos también clasifican a los procesos metabólicos según estos impliquen la fabricación o la degradación de moléculas. Efectivamente muchos procesos metabólicos involucran la producción de macromoléculas a partir de moléculas más sencillas. A estos procesos de síntesis como la síntesis de proteínas la duplicación de ADN o la transcripción se los denomina anabólicos. Las síntesis de macromoléculas son caminos metabólicos que siempre requieren el aporte de energía y por ello se dice que son endergónicos. Figura 5.5: El ADP es un ribonucleótido formado por una adenina una ribosa y dos fosfatos. La energía liberada en las reacciones catabólicas exergónicas es utilizada para unir un tercer grupo fosfato al ADP y así obtener ATP. La unión entre el segundo y el tercer fosfato del ATP es rica en energía y al romperse se libera para ser usada en distintos procesos celulares. Otros procesos metabólicos involucran la ruptura de moléculas orgánicas y reciben el nombre de catabólicos. Los caminos catabólicos cumplen con dos propósitos: a suministrar la materia prima para fabricar nuevas macromoléculas y b liberar la energía contenida en el alimento. Los procesos catabólicos que liberan energía reciben el nombre de Energía + Energía

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 115 exergónicos. El proceso catabólico y exergónico más extendido en la naturaleza es la respiración celular que analizaremos en el próximo apartado. La energía liberada en este proceso es almacenada por un corto tiempo en un compuesto químico singular: el adenosíntrifosfato o ATP ver figura 5.5. La energía atrapada en el ATP es útil para hacer los distintos trabajos celulares. Entre esos trabajos se encuentran los procesos anabólicos. De hecho dentro de las células los procesos endergónicos y anabólicos están acoplados con los exergónicos y catabólicos de manera que la energía liberada en éstos últimos es utilizada por los primeros ver figura 5.6 Figura 5.6: Acople entre reacciones exergónicas-catabólicas y endergónicas-anabólicas. ACTIVIDAD 31 En las células ocurren simultáneamente distintos procesos químicos. ¿Cuáles de los siguientes procesos son anabólicos y cuáles catabólicos: a Síntesis de fosfolípidos. b Degradación de ARNm. c Duplicación de ADN. d Degradación de proteínas. ACTIVIDAD 32 Imagine una célula de su hígado que se está preparando para dividirse por mitosis duplicando su ADN. Relacione ese hecho con los siguientes términos referidos a la misma célula: nucleótidos energía y procesos exergónicos. ACTIVIDAD 33 Cada una de las células de un organismo pluricelular fabrica sus propias proteínas y ese fenómeno depende de otros procesos que ocurren en la misma célula y en Proceso Catabólico y Exergónico Proceso Anabólico y Endergónico

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 116 otras partes del cuerpo. Imagine una célula que está fabricando una determinada proteína. a ¿Cuál o cuáles de los siguientes términos se refieren a procesos que pueden estar ocurriendo en esa célula y cuál o cuáles a eventos que tienen lugar en otra parte del organismo i- procesos anabólicos. ii- degradación de ATP en ADP+P. iii- digestión de proteínas en el sistema digestivo. b Redacte un texto que relacione la síntesis de proteínas en esa célula con los tres términos mencionados en el punto anterior. ACTIVIDAD 34 La mayoría de los seres vivos no pueden regular su temperatura excepto mamíferos y aves y dependen de la temperatura exterior. ¿En qué estación del año será más activo el metabolismo de las células de una víbora Justifique su respuesta. ACTIVIDAD 35 Retomemos la idea de que el metabolismo está regulado por la información genética contenida en el ADN. Suponga que en el citoplasma de las células del hígado humano se produce el siguiente proceso metabólico: a ¿De cuántas reacciones consta el proceso de síntesis de la sustancia M b Este proceso ¿es endergónico o exergónico Y ¿es catabólico o anabólico Justifique sus respuestas. c ¿Por qué en cada reacción interviene una enzima diferente Explíquelo retomando la relación entre la estructura espacial de las proteínas y su función. d ¿Dónde se encuentra la información para fabricar las enzimas X e Y ¿Dónde se sintetizan estas enzimas e Suponga que en una célula del hígado se produce una mutación de deleción en el gen que lleva la información para fabricar la enzima X: i- ¿Qué diferencias espera encontrar entre la estructura primaria de la nueva proteína y la de la enzima X original Justifique su respuesta. ii- ¿Espera que la nueva proteína tenga la misma actividad que la enzima X Justifique su respuesta. iii- ¿Espera que en la célula de la que hablamos se produzca la sustancia M Justifique su respuesta. iv- Si la sustancia M fuera vital para la célula ¿cuál cree usted qué sería el destino de esa célula

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 117 6. El alimento es el combustible de las células 6a La obtención de energía en organismos aeróbicos: respiración celular Uno de los procesos más importantes que ocurren en casi todas las células de animales y plantas es la degradación del alimento para obtener la energía contenida en él y producir ATP. Este proceso llamado respiración celular es desde el punto de vista químico una combustión. Un ejemplo cotidiano de combustión nos permitirá comprender el fundamento de la respiración celular. Todos hemos experimentado que cuando se quema leña se desprende gran cantidad de calor y luz. Sabemos también que la combustión requiere la presencia de oxígeno. Ya hemos visto que la energía no se crea ni destruye sino que se transforma de un tipo en otro. Hemos analizado también que la energía calórica y lumínica que se desprende en la combustión eran antes energía química contenida en los enlaces de las sustancias orgánicas de la leña o el carbón ver actividad 7. Esas sustancias como los otros compuestos orgánicos poseen gran cantidad de energía acumulada en los enlaces químicos. Cuando las uniones químicas se rompen esa energía se libera. Como tampoco la materia se pierde ni se crea también cabe preguntarse qué ocurre con los átomos de las macromoléculas iniciales. Como consecuencia de la combustión los átomos de carbono de los compuestos orgánicos terminan formando parte de moléculas de dióxido de carbono CO 2 . Durante la combustión los compuestos orgánicos se deshidrogenan es decir que pierden hidrógenos H + +e - . La pérdida de hidrógenos se denomina oxidación. La deshidrogenación del combustible requiere la presencia de moléculas aceptoras de los hidrógenos desprendidos del mismo. ¿Cuáles son esas moléculas El aceptor de esos hidrógenos es el oxígeno O 2 que se transforma en agua H 2 O. La recepción de hidrógenos recibe el nombre de reducción. La respiración celular es un proceso de combustión pero se diferencia del ejemplo de la leña en algunos aspectos dignos de mencionar ver figura 5.7. En primer lugar cuando se quema la leña la ruptura de los enlaces se produce de forma desordenada y simultánea de modo que la liberación de energía se realiza en forma súbita. Contrariamente la ruptura de enlaces durante la respiración celular es secuencial paso a paso. La energía no se libera de golpe sino que se va liberando de a porciones pequeñas que apenas alcanzan a subir la temperatura del individuo. El orden que caracteriza a la respiración celular se debe a la presencia de enzimas que van llevando a cabo todo el proceso en forma secuencial. También interviene en el control de ese proceso el hecho de que ocurre en distintas partes de la célula. Una primera etapa de la degradación ocurre en el citoplasma y recibe el nombre de glucólisis. El resto del proceso decarboxilación del ácido pirúvico ciclo de Krebs cadena respiratoria y fosforilación oxidativa ocurre en distintos lugares de unas organelas citoplasmáticas denominadas mitocondrias ver figura 5.9d. La mitocondria está rodeada por dos membranas. La membrana inte- Combustión: La combustión es un proceso de óxido-reducción a través del cual el combustible se oxida y el O 2 se reduce.

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 118 rior presenta pliegues que reciben el nombre de crestas mitocondriales. La respiración celular se produce en la matriz y en las crestas mitocondriales. Las moléculas de ATP formadas salen de las mitocondrias para ser usadas en aquellos procesos celulares que requieran energía. Figura 5.7: Diferencias entre la combustión de leña y de alimento. Otra diferencia entre la combustión de la leña y la respiración celular es que los átomos de hidrógeno desprendidos durante la respiración no se unen directamente al O 2 sino que son cedidos a una molécula intermediaria denominada nicotínamida adenina dinucleótido o NAD. Este compuesto es quien finalmente cede los hidrógenos al O 2 . Finalmente la energía liberada queda en parte empaquetada en un compuesto químico: el ATP ver figura 5.8. La conversión de energía que se produce durante la respiración celular produce pérdidas ya que sólo el 40 de la energía contenida en los enlaces del alimento es capturada en forma de ATP. El resto se disipa en el ambiente en forma de energía calórica. Figura 5.8: Ecuación del proceso de respiración celular aeróbica. Acido nicotínico: el ácido nicotínico es una vitamina: la vitamina B 3 que colabora con la actividad de las enzimas que participan en reacciones de óxido-reducción. Respiración celular anaeróbica: Existen bacterias que hacen respiración celular en ausencia de O 2 siendo los aceptores finales de hidrógenos otros compuestos como nitratos o sulfatos. El rendimiento energético de este tipo de respiración es algo menor que el de la respiración celular aeróbica. C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C E E E E E C C C E E E E C C C Fuego Respiración celular E 6 CO 2 6 H 2 O 1 C 6 H 12 O 6 6 O 2 + + • enzimas sustratos productos + 38 ADP+P + 38 ATP

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 119 Figura 5.9: Desde un sistema de órganos el sistema digestivo hasta sus células y una de sus estructuras sub-celulares: la mitocondria. a sistema digestivo humano b microvellosidades del intestino c células del epitelio intestinal d detalle de una mitocondria y e detalle de la membrana interna de la mitocondria.

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 120 b Otras forma de obtener energía La fermentación Otro modo de obtener energía que existe en algunos seres vivos es la fermentación.La fermentación es una oxidación parcial del alimento que produce sólo dos moléculas de ATP mucho menos que las 38 moléculas que se producen en la respiración celular aeróbica ver figura 5.10. Existen distintos tipos de fermentación. Uno de ellos es la fermentación alcohólica característica de la levadura de cerveza Saccharomyces cerevisiae. Las levaduras tienen la capacidad de respirar aeróbicamente y de fermentar. Cuando en el ambiente hay O 2 las levaduras crecen eficientemente sobre el sustrato azucarado multiplicándose y generando mucho dióxido de carbono CO 2 . Sin embargo cuando no hay O 2 las levaduras cambian a un metabolismo anaeróbico que resulta en una menor reproducción pero en cantidades abundantes de alcohol que es apreciado por los productores de bebidas alcohólicas. Otro tipo de fermentación es la láctica. Los organismos que hacen este tipo de fermentación son por ejemplo las bacterias del yogurt y como resultado del mismo producen ácido láctico. Figura 5.10: Vía metabólica de la fermentación. ACTIVIDAD 36 En la Figura 5.9 se esquematiza el sistema digestivo observado con distintos aumentos. Analícela y conteste las siguiente preguntas: a ¿Qué nivel de organización de la materia está representado en cada esquema A través de flechas ordénelos de mayor a menor nivel de organización. b Observe la figura 5.9c. El alimento ya digerido que se encuentra en el intestino ¿por qué borde de las células ingresa a su interior y por qué borde egresa para pasar a los capilares sanguíneos GLUCOSA 6C Ac. Pirúvico 3C NAD NADH NAD Puede ser... NADH CITOPLASMA ATP ADP Ac. Láctico 3c Etanol + CO2 Glucólisis Fermentación F. Láctica F. Alcohólica

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 121 c ¿Por qué mecanismo de transporte atraviesan la membrana de las células del epitelio intestinal las moléculas de glucosa y aminoácidos d La figura 5.9d representa una mitocondria de una célula del epitelio intestinal ¿qué función cumplen las mitocondrias de las células del epitelio intestinal e Mencione por lo menos dos procesos de la célula del epitelio intestinal que no podrían realizarse si sus mitocondrias no funcionaran adecuadamente. f Si las mitocondrias de las células del epitelio intestinal no funcionaran adecuadamente ¿qué consecuencias traería ese hecho para el resto de las células del cuerpo g La figura 5.9e muestra un segmento de una membrana interna de una mitocondria. ¿Qué semejanzas encuentra con la membrana plasmática Ubique en el esquema 5.9e: la enzima ATP sintetasa los intermediarios de la cadena respiratoria y señale el sentido en que son bombeados los protones durante el pasaje de electrones desde el NADH 2 hasta el O 2 . ACTIVIDAD 37 El siguiente esquema muestra el corte de alvéolos pulmonares rodeados por capilares sanguineos. Cuando inspiramos estos alvéolos se llenan con aire oxigenado. a ¿A través de qué mecanismo el oxígeno atraviesa las membranas de las células del alvéolo y las de los capilares sanguíneos b ¿Qué recorrido sigue una molécula de oxígeno desde que entra a un capilar sanguíneo hasta que llega a una mitocondria de una célula hepática c Una vez finalizado el proceso de respiración celular ¿En qué molécula espera encontrar esos átomos de oxígeno d ¿Qué tipo de molécula está más concentrada en el aire que sale de los alvéolos cuando espiramos ¿De dónde proviene ese gas y qué recorrido hace desde una célula hepática hasta llegar a los pulmones ¿Formando parte de qué molécula se encontraban sus átomos en un principio ACTIVIDAD 38 Haga un cuadro comparando la glucólisis el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria en cuanto a los siguientes criterios: los sustratos de cada proceso los productos y los lugares en los que ocurren. ACTIVIDAD 39 Imagine que usted come un trozo de pan. Siga el recorrido de un átomo de carbono que forma parte del almidón del pan hasta que previo paso por una célula del hígado sale de su nariz formando parte del CO 2 . En cada paso mencione: - en qué molécula se encuentra ese átomo - si esas moléculas atraviesan membranas por qué mecanismos lo hacen - qué transformaciones químicas modifican las distintas moléculas. ACTIVIDAD 40 El cianuro es un veneno que interfiere con la cadena de transporte de electrones impidiendo que éstos lleguen al O 2 .Relacione este efecto con la letalidad del cianuro.

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 122 ACTIVIDAD 41 Todas las células del cuerpo humano excepto las células musculares y los glóbulos rojos que pueden hacer fermentación láctica llevan a cabo permanentemente la respiración celular y si dejaran de hacerlo durante unos pocos minutos morirían. Piense en una célula que está respirando y redacte un pequeño texto que relacione este proceso con los siguientes términos: oxidación del NADH 2 glucólisis ATP y CO 2. ACTIVIDAD 42 Se quiere estudiar la producción de ATP en un cultivo de células aeróbicas estrictas en función de la cantidad de oxígeno de que disponen. Para ello se preparan distintos tubos de ensayo a los cuales se les coloca: la misma cantidad de células de agua de sales y de alimento. La única diferencia entre estos tubos es la cantidad de oxígeno que reciben. Después de 20 minutos a 37 °C se analiza la cantidad de ATP presente en el interior de las células de cada tubo. Con los resultados obtenidos se realizó el siguiente gráfico: a ¿Cuál es la variable independiente¿Cuál la dependiente b Describa el gráfico. c ¿Cuál es la relación biológica que existe entre ambas variables d ¿Cómo explica que a partir del punto A la cantidad de ATP formado en los tubos se mantenga constante a pesar de que hay más O 2 e Mencione tres factores que puedan estar limitando la producción de ATP a partir de ese punto y diga qué rol juegan en ese proceso. ACTIVIDAD 43 Para estudiar la incorporación de aminoácidos y de iones potasio K+ en un determinado tipo de célula aeróbica estricta se realizo el siguiente experimento. Se tomaron 5 tubos de ensayos que contenían igual cantidad de células y se les colocó la misma cantidad de aminoácidos. La única diferencia entre los tubos fue la cantidad de oxígeno gaseoso presente en el medio. Por otra parte se tomaron otros cinco tubos con células a los que se les agregó la misma cantidad de ión K+. Nuevamente la única diferencia entre estos tubos fue la cantidad de óxigeno gaseoso presente. Luego de mantener los diez tubos durante 15 minutos a 37 °C se determinó cuántos aminoácidos o iones K+ habían entrado en las células de cada uno. Con los resultados obtenidos se realizaron dos gráficos pero no se sabe cuál corresponde a cada caso. Según los datos de enunciado: a Diga qué gráfico corresponde al ingreso de cada soluto y explique el por qué de su elección. b ¿Cómo serían los gráficos si se analizara el ingreso de esos solutos en función de la cantidad de glucosa Justifique su repuesta. 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 Cantidad de Oxígeno ATP producido pg A

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 123 ACTIVIDAD 44 Imagine una célula de sus glándulas salivares que está fabricando activamente la enzima amilasa salivar. Como usted ya sabe ese proceso y todos los que ocurren en cada célula de su cuerpo dependen de fenómenos que ocurren en el interior celular y en otras partes del cuerpo. Redacte un texto que relacione la fabricación de amilasa en la célula mencionada con los siguientes términos: ATP alimento enzimas y sistema respiratorio ACTIVIDAD 45 Piense en un animal cuya temperatura depende de la temperatura exterior por ejemplo un gusano. a ¿En qué época del año será más intensa su respiración celular Justifique su respuesta. b ¿En qué época del año será más activo su crecimiento Justifique su respuesta y para hacerlo recuerde que el crecimiento de un ser vivo pluricelular depende entre otras cosas de la síntesis de macromoléculas y la división celular. ACTIVIDAD 46 Se cultivan en dos recipientes diferentes levaduras Saccharomyces cerevisiae y bacterias Lactobacillus sp.. En ambos cultivos se colocó glucosa como alimento. Se mantuvieron los cultivos a 35ºC y en ausencia total de oxígeno. De acuerdo a los datos del enunciado: a ¿En qué compuestos espera encontrar los carbonos de la glucosa en cada uno de los cultivos b Sorpresivamente en el cultivo de bacterias aumentó la concentración de dióxido de carbono ¿qué error hubo en el armado del experimento ¿qué conclusión puede sacar de este desconcertante resultado c ¿Qué compuesto se oxida en la fermentación y ¿en qúe proceso se reutiliza ACTIVIDAD 47 Se estudia la exocitosis de proteínas digestivas en dos tipos de células: unas células son aeróbicas estrictas y las otras son aeróbicas facultativas. a ¿Qué ocurrirá con ese transporte en ambas células en presencia de O 2 b ¿Y en ausencia de ese gas Justifique sus respuestas. 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 Cantidad de Oxígeno 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 Cantidad de Oxígeno

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 124 7. El alimento como fuente de materia Metabolismo de compuestos intermediarios La glucosa es la principal fuente de energía para los seres vivos pero no es la única. En ausencia de ese hidrato de carbono las células de los organismos pueden obtener energía de las grasas o de las proteínas. Esto es posible ya que el ciclo de Krebs es un gran centro de comunicaciones para el metabolismo energético. Los alimentos son degradados y convertidos en moléculas que pueden entrar en esta vía central. La figura 5.11 muestra que las grasas primero se rompen en sus componentes: glicerol y ácidos grasos. Luego los ácidos grasos son cortados en fragmentos de dos carbonos acetil CoA y son usados en el ciclo de Krebs. Las proteínas a su vez son degradadas en sus aminoácidos constituyentes. Los aminoácidos son desaminados se elimina el o los grupos amino y el esqueleto de carbono resultante se convierte en un grupo acetilo o bien en un compuesto de más de dos carbonos que ingresa en el ciclo de Krebs. Este conjunto de vías degradativas constituyen procesos catabólicos que son catalizados por enzimas específicas. Además de energía las células necesitan materia. En primer lugar deben reponer las proteínas y otras macromoléculas que se degradan continuamente. Por otra parte para crecer y eventualmente dividirse las células necesitan sintetizar nuevas moléculas de proteínas lípidos y ácidos nucleicos. Todos esos procesos requieren el aporte de materia prima. La materia que necesitan las células proviene del alimento. En general el alimento de los organismos heterótrofos aporta muchos de los monómeros necesarios para sintetizar las macromoléculas pero no todos. ¿Cómo consiguen los restantes A modo de ejemplo si un organismo no ingiere todos los tipos de aminoácidos en su dieta ¿de qué manera los obtienen para poder sintetizar sus proteínas Si se alimenta sólo con proteínas y lípidos ¿cómo consigue los nucleótidos que necesita para fabricar ARN y ADN Nuevamente en la figura 5.11 se observa que siempre que haya grupos amino en abundancia las células pueden fabricar distintos aminoácidos a partir de algunos de los intermediarios de la glucólisis y del ciclo de Krebs. Esos aminoácidos pueden transformarse en bases nitrogenadas o usarse para fabricar proteínas. También cuando hay exceso de glucosa o ácido pirúvico las células pueden fabricar ácidos grasos uniendo moléculas de acetil-CoA que también es un intermediario de la respiración celular. Si además hay fósforo iones fosfatos las células pueden sintetizar los diferentes fosfolípidos que le permitirán aumentar la superficie de su membrana y endomembranas y los nucleótidos necesarios para la transcripción y la duplicación del ADN. Tanto las vías catabólicas degradación como las anabólicas síntesis son catalizadas por enzimas pero éstas no son las mismas. Las células de todos los organismos tienen enzimas específicas necesarias para llevar a cabo ambas vías aunque no necesariamente todas las enzimas. En las células de nuestro cuerpo por ejemplo falta la información genética para

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 125 producir algunas de las enzimas necesarias para fabricar algunos aminoácidos y ácidos grasos. Se dice que esos aminoácidos y ácidos grasos son esenciales porque al no poderlos sintetizar el cuerpo deben ser necesariamente incorporados con la comida. Figura 5.11: Esquema simplificado del metabolismo intermedio. ACTIVIDAD 48 Diga si las siguientes frases son falsas o verdaderas justificando sus respuestas: a El adecuado funcionamiento de las células musculares del corazón requiere del adecuado funcionamiento de las células del pulmón pero no depende del funcionamiento de las células del sistema digestivo. b El adecuado funcionamiento de las neuronas depende del buen funcionamiento de las células intestinales pero no depende de las células hepáticas. ACTIVIDAD 49 Nos ubicamos en el estómago de una persona más específicamente en una célula que se especializa en sintetizar pepsina. a ¿De dónde provienen los aminoácidos utilizados por esa célula para sintetizar la enzima y cómo ingresan a la célula b ¿Qué ocurrirá con la síntesis de pepsina si la persona sólo ingiere hidratos de carbono ¿Por qué c A través de pequeños textos relacione la síntesis de pepsina en esa célula estomacal con los siguientes conjuntos de términos: i mitocondria ribosoma información genética y difusión de O 2 en el alvéolo Desaminación: Los grupos amino obtenidos al desaminar los aminoácidos son tóxicos. En el cuerpo humano las células del hígado poseen enzimas capaces de unir moléculas de NH 3 y de CO 2 produciendo urea que luego es eliminada del cuerpo por el sistema urinario. Ac. Nucleicos Proteínas Polisacáridos Lípidos Monosacárido 6c Acetil-CoA 2c Ac. Pirúvico 3c Acidos grasos Glicerol 3c Aminoácidos CO 2 NH 3 Nucleótidos CK 4C 6C 5C NH 2- Base Nitrogenada Urea Desaminación Transaminación Catabólico Anabólico CO 2 +

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 126 pulmonar ii difusión de glucosa reducción del NAD enzimas y sistema circulatorio. d ¿Por qué mecanismo salen de la célula las moléculas de enzima ¿Qué ocurrirá con la salida de la enzima si las mitocondrias no puede realizar adecuadamente el ciclo de Krebs ACTIVIDAD 50 Siga el recorrido de un átomo de carbono que se encuentra formando parte de una molécula de almidón del pan que usted comió hasta que aparece formando parte de una enzima citoplasmática de una célula muscular de su pié más específicamente en un aminoácido no esencial. En cada paso mencione: - en qué molécula se encuentra ese átomo - si esas moléculas atraviesan membranas por qué mecanismos lo hacen - qué transformaciones químicas modifican las distintas moléculas. ACTIVIDAD 51 Piense en una persona que come papas fritas. Si se sigue el recorrido de uno de los átomos de carbono que forma parte del almidón de la papa: a ¿Es posible encontrarlo formando parte de un fosfolípido en la membrana de una sus células Justifique su respuesta. b ¿Y formando parte de una molécula de ARN Justifique su respuesta. 8. Un ejemplo de regulación del metabolismo a nivel de organismo humano Introducción al sistema endócrino: homeostasis La glucosa es la principal fuente de energía para la mayor parte de los tejidos animales más aún para las células del cerebro es casi la única fuente de energía. Dada la importancia de este órgano resulta vital mantener la concentración de glucosa en sangre dentro de ciertos valores entre 80 y 110 mg/ml. Por debajo de ese nivel se altera el funcionamiento del sistema nervioso se puede perder el conocimiento entrar en coma y eventualmente morir. ¿Cómo se mantiene un nivel adecuado de glucosa en sangre En ese control participan el sistema nervioso y el sistema hormonal particularmente las hormonas insulina y glucagón. Ambas hormonas son proteínas producidas por el páncreas viajan por sangre y actúan en el hígado y en otros blancos como los músculos y los tejidos grasos. Veamos cómo se producen estas hormonas y cómo actúan a nivel del hígado. Como hemos visto poco después de digerir y absorber el alimento a nivel del sistema digestivo la concentración de glucosa y aminoácidos en sangre se eleva rápidamente. Cuando ciertas células del páncreas detectan el aumento de glucosa en su interior se activa la síntesis y la secreción de insulina al torrente sanguíneo. El aumento de insulina en sangre es detectado por distintas células del cuerpo como las del hígado. ¿Cómo las células hepáticas detectan la insulina Porque en sus membranas existen receptores proteicos que se unen específicamente a la hormona. Como consecuencia de la unión entre las moléculas de insulina y los receptores de membrana de la células del hígado en el interior celular se Hormona: sustancia fabricada por una glándula endócrina y que actua como mensajero químico en otro órgano al que se denomina órgano blanco.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 127 activan diferentes enzimas. Entre esas enzimas se encuentran las que unen las moléculas de glucosa ingresadas por difusión y producen glucógeno procesos anabólicos. También se activan las enzimas de procesos catabólicos que degradan la glucosa ingresada a acetil CoA que luego es usado para fabricar lípidos. Tanto la síntesis de glucógeno como la síntesis de grasas en las células de hígado mantienen baja la concentración intracelular de glucosa lo que promueve que ésta siga ingresando desde el torrente sanguíneo. Como resultado de estos procesos la concentración de glucosa en sangre disminuye. Contrariamente cuando estamos en ayunas la concentración de glucosa de la sangre va disminuyendo a medida que es usada por los distintos tejidos. Algunas células del páncreas diferentes a las que fabrican insulina detectan la disminución de glucosa y en su interior se activa la síntesis y secreción de glucagón. Esta hormona tiene el efecto contrario al de la insulina. Nuevamente las células del hígado detectan la presencia de glucagón porque tienen en sus membranas receptores proteicos que reconocen específicamente a esa hormona. Como resultado de la unión entre el glucagón y su receptor en el interior celular se activan enzimas que degradan el glucógeno acumulado generando glucosa. Al aumentar la concentración de glucosa en el interior de las células hepáticas ésta comienza a salir por difusión facilitada hacia el torrente sanguíneo aumentando su concentración sanguínea. ACTIVIDAD 52 En el segundo párrafo del apartado se habla de fenómenos que ocurren a nivel de sistemas de órganos a nivel de órganos a nivel celular y a nivel subcelular. Mencione por lo menos un evento que se refiera a cada uno de esos niveles. ACTIVIDAD 53 a La insulina y el glucagón son dos hormonas proteicas diferentes. Si desea compararlas ¿qué criterios usaría b Usando los criterios establecidos previamente confeccione un cuadro comparando ambas hormonas. c A pesar de que las dos hormonas son proteínas su actividad es diferente. Explique ese fenómeno teniendo en cuenta la relación entre estructura primaria estructura espacial y función proteica. d ¿Las células del hígado tienen información para sintetizar insulina ¿Por qué e Explique por qué las células del hígado no fabrican insulina. f ¿En qué se diferencian los receptores de las células hepáticas que detectan la presencia de insulina y los que detectan la presencia de glucagón ACTIVIDAD 54 Suponga que Juan comió hace dos horas un plato de pastas. a Si luego se le hace un análisis de sangre ¿qué hormona espera que haya aumentado su concentración b ¿Qué procesos metabólicos se verán aumentados en las células hepáticas de Juan Justifique su respuesta. c “...comer pastas engorda...”. Recordando que las pastas son ricas en hidratos de carbono y nuestro tejido adiposo contiene grasas explique si esta frase es verdadera. Activación enzimática: Es frecuente que en el interior celular existan enzimas pero que sean inactivas. En este caso es necesario que otra enzima las modifique generalmente agregándole o sacándole un grupo fosfato para que las enzimas se activen y puedan catalizar la reacción química correspondiente.

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Capítulo 5: La materia y la energía. Sus transformaciones en los seres vivos 128 Bibliografía básica: - Audesirk Teresa y Audesirk Gerald. 1997. Biología I “La unidad en la diversidad” Editorial Prentice Hall. Pearson Educación. - Curtis Helena y colaboradores. 2000. Biología. Buenos Aires. Editorial Médica Panamericana. - Purves William y colaboradores. 2003. Vida. La ciencia de la biología. Editorial Médica Panamericana. ACTIVIDAD 55 La síntesis de la insulina y el glucagón depende de fenómenos que ocurren en las células del páncreas y en otras partes del cuerpo. Al mismo tiempo la actividad de ambas hormonas influye directamente en el metabolismo celular de las células del hígado y de otras células del cuerpo. a Nos ubicamos en una célula del páncreas que está sintetizando insulina. Redacte un texto que relacione la síntesis de insulina con los siguientes términos: digestión de proteínas en el estómago ATP y glucosa. b Nos ubicamos en una célula del hígado que está sintetizando receptores de glucagón de su membrana. Redacte un texto que relacione la síntesis de receptores de glucagón con los siguientes términos: ADN ribosomas el cuerpo humano como un sistema abierto y sangre. c Nos ubicamos en una célula del hígado que acaba de detectar un aumento en la cantidad de insulina en sangre y responde a esa señal. Redacte un texto que relacione la respuesta de la célula hepática con los siguientes términos: oxidación del NADH en membranas mitocondriales síntesis de glucógeno carriers de glucosa y difusión de O 2 a nivel de los alvéolos.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 129 CAPÍTULO 6 LOS ORGANISMOS AUTÓTROFOS FABRICAN SU ALIMENTO 1. Ciertos tipos de organismos fabrican su alimento Organismos autótrofos Todos los seres vivos necesitan alimento como fuente de materia y energía para sintetizar nuevas macromoléculas proteínas ácidos nucleicos etc. Pero existen dos estrategias diferentes para conseguir el alimento: los organismos heterótrofos lo incorporan del medio ambiente y los autótrofos lo producen. Los autótrofos sintetizan su alimento a partir de materia inorgánica que incorporan del ambiente y la transforman en moléculas orgánicas. Este proceso anabólico requiere de energía las plantas algas y algunas bacterias utilizan energía lumínica y por ello se los conoce como organismos fotosintéticos. Existe un pequeño grupo de bacterias que utilizan energía química para sintetizar su alimento y se los denomina quimiosintéticos. 2. La síntesis de alimento en presencia de luz La fotosíntesis El proceso de fotosíntesis utiliza como sustratos dos moléculas inorgánicas: agua y dióxido de carbono y una fuente de energía la luz. Los productos de la fotosíntesis son la glucosa molécula orgánica que constituye el alimento de los autótrofos y el gas oxígeno ver figura 6.1. Figura 6.1: Ecuación química simplificada del proceso de fotosíntesis. Los sustratos aportan los átomos de carbono oxígeno e hidrógeno y la luz aporta la energía necesaria para romper la molécula de agua y luego unir los distintos átomos entre sí y formar la molécula de glucosa. En los organismos autótrofos unicelulares y en los pluricelulares de 6 CO 2 6 H 2 O 1 C 6 H 12 O 6 6 O 2 + + luz • enzimas • pigmentos clorofila sustratos productos

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Capítulo 6: Los organismos autótrofos fabrican su alimento 130 organización tisular todas las células realizan fotosíntesis. En cambio en el resto de los organismos autótrofos pluricelulares la fotosíntesis sólo ocurre en los órganos verdes como las hojas y los tallos ver figura 6.2b. Las células fotosintéticas contienen compuestos químicos que reaccionan con la luz llamados pigmentos. Entre los distintos tipos de pigmentos está la clorofila que es la responsable de la coloración verde de la plantas. La clorofila se asocia a membranas biológicas por ser una molécula con una porción lipídica. En los autótrofos eucariotas la clorofila se encuentra dentro de organelas llamadas cloroplastos. Los cloroplastos contienen las enzimas que permiten que la fotosíntesis se realice a una velocidad compatible con la vida. Estas organelas poseen tres membranas: externa interna y tilacoides ver figura 6.2e. La clorofila se encuentran asociada a la membrana de tilacoides la cual forma sacos o bolsas que se apilan en estructuras llamadas granas. En cambio en los organismos fotosintéticos procariontes la clorofila se encuentra asociada a la única membrana que poseen: la membrana plasmática. Las tres membranas del cloroplasto delimitan tres espacios diferentes en sus características químicas. El espacio inter-membrana es el que se encuentra entre la membrana externa y la interna. El espacio entre la membrana interna y la de tilacoides se denomina estroma mientras que el espacio que queda por dentro de la membrana de tilacoides se llama espacio tilacoidal. Al igual que la respiración celular la fotosíntesis es un proceso de óxido reducción. En este caso la molécula que se reduce gana H + y e - es el dióxido de carbono y la que se oxida cede H + y e - es el agua. La fotosíntesis ocurre en dos etapas: fotoquímica y bioquímica. La primera etapa depende directamente de la luz y ocurre en la membrana de tilacoides y el espacio tilacoidal ver figura 6.2f. Brevemente podemos decir que en esta etapa la energía lumínica es captada por pigmentos fotosintéticos y transferida como energía química a un intermediario energético: el ATP. Por otro lado las moléculas de agua se rompen lo que produce la liberación de moléculas de oxígeno gaseoso y átomos de hidrógeno H + y e - que son transferidos a un intermediario de oxido- reducción: el NADPH. Éstos dos productos de la etapa fotoquímica ATP y NADPH son sustratos de la siguiente etapa. La etapa bioquímica ocurre en el estroma del cloroplasto ver figura 6.2e y 6.3. En esta etapa también llamada Ciclo de Calvin-Benson en honor a sus descubridores las moléculas de dióxido de carbono son reducidas y unidas entre sí utilizando para ello el poder reductor NADPH y la energía química ATP provenientes de la etapa fotoquímica ver figura 6.3. Por lo tanto los átomos de carbono que formaban parte de moléculas aisladas de dióxido de carbono quedan fijados en una molécula orgánica un monosacárido llamado glucosa. Recordemos que en la fotosíntesis también se produce gas oxígeno. La acumulación de moléculas de oxígeno en la atmósfera durante millones de años de fotosíntesis hizo que la Tierra sea el único planeta que posee un contenido tan alto de este gas 21. Esto permitió la aparición de rutas metabólicas aeróbicas más eficientes como la respiración celular aeróbica estudiada en el capitulo anterior. Xilema: tejido de conducción de agua y minerales disueltos desde las raíces a los demás órganos de la planta. a: célula de conducción llamada elemento de vaso b: células de parénquima. Notar que de la célula tipo elemento de vaso sólo queda la pared celular línea gruesa negra y no posee membrana lineas puntedas ni organelas.

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 131 Figura 6.2: Detalle de un organismo autótrofo una planta hasta sus células y una de sus estructuras sub-celulares. a planta b detalle de una hoja c detalle de un corte transversal de la hoja d detalle de células del mesófilo de la hoja e detalle de un cloroplasto f detalle de la membrana de tilacoides del cloroplasto.

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Capítulo 6: Los organismos autótrofos fabrican su alimento 132 Figura 6.3: Ciclo de Calvin – Benson o etapa bioquímica de la fotosíntesis. ACTIVIDAD 1 Complete el siguiente cuadro comparativo referido a las funciones de los distintos órganos que integran una planta. ACTIVIDAD 2 a ¿De dónde provienen cada uno de los sustratos que participan en la fotosíntesis b ¿Cómo llegan los sustratos a las células fotosintéticas ¿Por qué mecanismos de transporte atraviesan la membrana citoplasmática y las membranas de los cloroplastos Floema: tejido de conducción de azúcares aminoácidos y hormonas desde las hojas hacia los demás órganos de la planta. a: célula de conducción llamada elemento del tubo b: célula acompañante. Las líneas puntedas representan las membranas plasmáticas y las lineas gruesas negras las paredes celulares. CO 2 6x Pentosa 5C Hexosa 6C inestable 6x Triosa 3C 12x Triosa 3C 2x 10x Triosa 3C Hexosa GLUCOSA C 6 H 12 O 6 • El ATP aporta la energía química. • El NADPH aporta los protones H+ y electrones e- Ciclo de Calvin – Benson 6x Organo de la planta ¿Cuál es la principal función que posee en la planta Las células que lo forman: ¿son autótrofas o heterótrofas Hoja Tallo Raíz Flor Fruto

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 133 ACTIVIDAD 3 Siga el recorrido de un átomo de carbono desde que está en el aire formando parte de una molécula de dióxido de carbono hasta que integre una molécula de glucosa en una célula de la hoja. En cada paso mencione: - en qué molécula se encuentra ese átomo - si esas moléculas atraviesan membranas por qué mecanismos lo hacen - qué transformaciones químicas modifican las distintas moléculas. ACTIVIDAD 4 Siga el recorrido de un átomo de hidrógeno desde que está formando parte de una molécula de agua en el suelo hasta que integre una molécula de glucosa en una célula de la hoja. En cada paso mencione: - en qué molécula se encuentra ese átomo - si esas moléculas atraviesan membranas por qué mecanismos lo hacen - qué transformaciones químicas modifican las distintas moléculas. ACTIVIDAD 5 En la figura 6.2 se muestran diferentes estructuras y partes de una planta que están involucradas en el proceso de fotosíntesis. Analice la figura y responda las siguientes preguntas: a ¿Qué nivel de organización de la materia está representado en cada esquema de la figura 6.2 A través de flechas ordénelos de mayor a menor nivel de organización. b Complete el siguiente cuadro con ejemplos referidos a la fotosíntesis para cada uno de esos niveles. ACTIVIDAD 6 Durante un experimento se cultivaron cinco plantas obtenidas por reproducción asexual y por lo tanto con idéntico genotipo clones. Las plantas fueron cultivadas dentro de campanas de vidrio y en las mismas condiciones ambientales: tipo de maceta tipo y volumen de suelo cantidad y calidad de luz volumen de agua del riego y temperatura. La única diferencia entre las cincos plantas fue la concentración de dióxido de carbono dentro de las campanas de vidrio. Al cabo de un mes las plantas fueron extraídas de las macetas limpiadas de restos de tierra y pesadas. Con los resultados obtenidos se construyó el siguiente gráfico: a ¿Cuál es la variable independiente y cuál la dependiente en este experimento ¿Qué factores ambientales se mantuvieron constantes para todas las plantas b ¿Cuál es la planta que más creció ¿Cuál podría ser el factor limitante para el Nivel de organización Ejemplos sub-atómico atómico molecular macromolecular complejo de macromoléculas celular tisular órgano

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Capítulo 6: Los organismos autótrofos fabrican su alimento 134 crecimiento de esta planta c ¿Cómo haría para comprobar experimentalmente que en verdad es un factor limitante d ¿Por qué no creció la planta que estaba en un medio al cual no se le agregó CO 2 e ¿Cuál es el factor limitante del crecimiento para una planta cuando hay menos de 0.03 de dióxido de carbono en el aire ACTIVIDAD 7 Para cada una de las siguientes afirmaciones indique si es verdadera o falsa y justifique su respuesta. a La temperatura no afecta al proceso de fotosíntesis. b La etapa bioquímica puede ocurrir durante la noche o en ausencia total de luz. ACTIVIDAD 8 En los compuestos biológicos los elementos químicos más abundantes son: carbono hidrógeno y oxígeno. Además para estos elementos químicos existen isótopos que son átomos con diferente masa atómica es decir más livianos o más pesados de lo normal. Estos isótopos son muy útiles en la investigación biológica debido a que emiten radiación o son más pesados lo que permite seguirlos o rastrearlos. Aprovechando esto se cultivaron tres plantas con las mismas condiciones ambientales: cantidad de agua calidad y cantidad de luz temperatura etc. Las diferencias entre las plantas fueron: a la primera se la regó con agua con hidrógeno radioactivo H 2 O. A la segunda se la regó con agua que tenía un isótopo de oxígeno más pesado H 2 O y a la tercera planta se la cultivó en presencia de dióxido de carbono con carbono radioactivo CO 2 . Posteriormente se realizó el seguimiento de los isótopos radioactivos o pesados. Si se deja pasar poco tiempo entre la exposición al isótopo radioactivo y su búsqueda CO2 Aumento del peso gramos 0 0 0.01 100 0.03 195 0.05 200 0.1 200 El isótopo radioactivo está señalado con letra negrita ¿Formando parte de qué compuesto lo encontraremos luego ¿En qué lugar lo encontraremos H 2 O + CO 2 H 2 O + CO 2 H 2 O + CO 2 Recomendamos leer más sobre el proceso de fotosíntesis ver bibliografía al final del capítulo: Iglesias 1994. 0 50 100 150 200 250 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Cantidad de CO2 Aumento de peso gramos

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 135 ¿En qué compuesto y en qué lugar encontraremos la marca radiactiva Complete con sus respuestas la tabla. 3. La importancia de la fotosíntesis en el crecimiento de la planta Fotosíntesis metabolismo y crecimiento La capacidad de sintetizar carbohidratos a partir de compuestos inorgánicos es insuficiente para que un organismo autótrofo crezca regenere sus tejidos y se reproduzca. Efectivamente las moléculas de glucosa obtenidas en la fotosíntesis son utilizadas como sustrato de numerosas vías metabólicas. En algunas de estas reacciones la glucosa es aprovechada como fuente de energía para procesos endergónicos y en cambio en otras es fuente de materia para procesos anabólicos. A continuación daremos algunos ejemplos de transformaciones químicas a partir de la glucosa que realizan las células de las plantas: -Síntesis de sacarosa que será distribuida por los conductos del floema a las partes no fotosintéticas de la planta raíz tronco frutos etc.. -Síntesis de celulosa para la construcción de las paredes celulares de las nuevas células originadas por división mitótica en el tallo la raíz los frutos etc. -Síntesis de almidón que se reserva en tallos subterráneos semillas y tubérculos. -Síntesis de otros compuestos orgánicos aminoácidos nucleótidos lípidos clorofila pigmentos etc. utilizando para ello el esqueleto carbonado de la glucosa. -Oxidación de la glucosa en el proceso de respiración celular que se realiza en las mitocondrias de todas las células de la planta. El ATP obtenido es utilizado en procesos endergónicos. Sin embargo si se compara la composición química de todas esas moléculas y macromoléculas se observa que además de átomos de carbono C hidrógeno H y oxígeno O los aminoácidos y proteínas contienen átomos de nitrógeno N y azufre S los nucleótidos y ácidos nucleicos átomos de nitrógeno y fósforo P y los fosfolípidos átomos de fósforo. ¿De dónde obtienen los vegetales esos átomos Todos esos átomos forman parte de sales minerales que se encuentran en el suelo y que ingresan al vegetal disueltos en el agua absorbida por la raíz. Los caminos metabólicos que llevan a la producción de estos compuestos aminoácidos nucleótidos etc. se asemejan a los analizados previamente para organismos heterótrofos ver metabolismo de compuestos intermedarios en el capítulo 5. Una diferencia entre el metabolismo intermedio de las plantas y los animales es que las primeras pueden sintetizar todos los tipos de aminoácidos a partir de ácidos de 3 4 ó 5 carbonos y de grupos amino NH 2 - provenientes de los nitratos o de sales de amonio del

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Capítulo 6: Los organismos autótrofos fabrican su alimento 136 suelo. ACTIVIDAD 9 En la figura 5.11 del capítulo 5 se muestra un esquema simplificado del metabolismo intermedio para un organismo heterótrofo. A partir de los contenidos vistos en este capítulo le pedimos que complete la siguiente figura de manera tal que quede el esquema simplificado del metabolismo intermedio de un organismo autótrofo. ACTIVIDAD 10 Para cada una de las siguientes afirmaciones indique si es verdadera o falsa y justifique su respuesta. a Las células de la raíz son heterótrofas y reciben el alimento de las partes autótrofas de la planta. b Si una planta crece en un suelo con bajo contenido de sales de nitrógeno sólo se verá afectada la síntesis de aminoácidos y proteínas. c El ATP fabricado en la etapa fotoquímica puede utilizarse para la síntesis de proteínas citoplasmáticas. d Parte de la glucosa fabricada en las hojas puede oxidarse para la síntesis de almidón en la raíz. e Las células de los organismos fotosintéticos no realizan respiración celular y no presentan mitocondrias. f Las células de la raíz no fotosintetizan porque no tienen la información genética para fabricar las enzimas que participan en ese proceso. Ac. Nucleicos Proteínas Celulosa y almidón Lípidos Glucosa 6c Acetil-CoA 2c Ac. Pirúvico 3c Acidos grasos Glicerol 3c Aminoácidos CO 2 Sales del suelo NH 4 + Nucleótidos CK 4C 6C 5C NH 2 - Base Nitrogenada Desaminación Aminación Catabólico Anabólico H 2 O Sales de fósforo + CO 2

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 137 ACTIVIDAD 11 Siga el recorrido de un átomo de carbono desde que está en el aire formando parte de una molécula de dióxido de carbono hasta que integre una proteína citoplasmática en una célula de la raíz. En cada paso mencione: - en qué molécula se encuentra ese átomo - si esas moléculas atraviesan membranas por qué mecanismos lo hacen - qué transformaciones químicas modifican las distintas moléculas. ACTIVIDAD 12 Haga una lista de por lo menos cuatro procesos endergónicos y anabólicos que ocurran en una planta y que estén involucrados en su crecimiento es decir en el aumento del número de sus células. ACTIVIDAD 13 Suponga que dos plantas con igual genotipo clones se cultivan en las mismas condiciones ambientales excepto que una recibe un suplemento de sales de fósforo y la otra no. ¿Qué planta considera usted que crecerá más ¿Por qué ACTIVIDAD 14 Se cultivaron cinco plantas de igual genotipo clones en diferentes condiciones ambientales. La diferencia entre los ambientes estaba en la combinación de las siguientes variables: temperatura contenido de sales de nitrógeno volumen de agua de riego y horas de exposición a la luz. Analice la siguiente tabla que resume las condiciones de cultivo para cada una de las plantas y responda las preguntas. a ¿Crecerá más la planta I o la IV Justifique su respuesta. b De las cinco plantas ¿Cuál crecerá menos Justifique su respuesta. c Ordene las plantas en forma decreciente de mayor a menor según el crecimiento que alcanzaron. ACTIVIDAD 15 La soja es una planta conocida porque sus semillas llamadas porotos poseen un alto porcentaje de proteínas comparable con el de la carne. Redacte un pequeño texto que relacione la síntesis de proteínas en las células de la semilla de soja con los siguientes términos: sales de nitrógeno del suelo fotosíntesis dióxido de carbono en el aire y xilema. Plantas Temperatura ºC Sales de nitrógeno mg H 2 O ml/día Luz hrs/día I 25 20 100 12 II 25 2 10 12 III 4 2 10 12 IV 25 20 10 12 V 4 2 10 4

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Capítulo 6: Los organismos autótrofos fabrican su alimento 138 ACTIVIDAD 16 En todo ser vivo pluricelular se relacionan e interactúan distintos procesos que ocurren en diferentes órganos y tejidos. Para el caso particular de una planta redacte pequeños textos que relacionen: a La reducción de NADP en las células de la hoja con la obtención del ATP en las células de la raíz. b El funcionamiento de las células de la raíz con la síntesis de proteínas en las células de las hojas. c La división mitótica y meiótica de las células de la planta con el contenido de sales de fósforo del suelo. 4. Todos los seres vivos dependemos de la energía de sol Las cadenas tróficas el reciclado de la materia y el flujo de la energía De todos los niveles en los que está organizada la materia hasta este momento estudiamos procesos que ocurren principalmente entre el nivel molecular y todos aquellos que integran a un organismo individual. Sin embargo la materia se organiza más allá del individuo en otros niveles: las poblaciones las comunidades y los ecosistemas. En este apartado nos interesa relacionar las implicancias que tienen procesos metabólicos como la fotosíntesis y la respiración celular en las comunidades y los ecosistemas. Una comunidad está integrada por diferentes poblaciones relacionadas entre sí. Además estas poblaciones interactúan con factores ambientales factores abióticos constituyendo lo que se conoce como ecosistema. Como todo nivel de organización tanto una comunidad como un ecosistema poseen propiedades emergentes. Entre las propiedades emergentes de un ecosistema podemos mencionar: la presencia de especies dominantes la riqueza o cantidad de especies y las relaciones tróficas. Las relaciones tróficas o alimentarias describen el funcionamiento y estructura de un ecosistema y son de las más importantes propiedades emergentes de este nivel de organización. Los organismos de las diferentes especies integran redes o cadenas en las cual son consumidos y/o consumidores. El primer eslabón de todas las cadenas alimentarías lo integran los organismos productores de alimento autótrofos. Son los únicos que no toman materia orgánica del medio sino que incorporan sólo materia inorgánica. Las plantas en los ambientes terrestres y las algas en los acuáticos utilizan la energía lumínica y la transforman en energía química que queda almacenada en la molécula de glucosa. Este monosacárido constituye un alimento esencial para ellos ya que a partir de él obtienen el ATP y la materia prima necesaria para sintetizar las macromoléculas necesarias para crecer desarrollar y reproducirse. Todos los eslabones o niveles tróficos que siguen están ocupados por organismos heterótrofos que necesitan tomar alimento del medio. Entre los heterótrofos encontramos consumidores como los animales y descomponedores como las bacterias y hongos. Entre los consumidores encontramos a los herbívoros que se alimentan

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 139 directamente de plantas y a los carnívoros que se alimentan de otros animales. Cualquiera sea el tipo de consumidor está aprovechando lo producido en primera instancia por las plantas. Por último algunas partes o la totalidad del cuerpo del productor y del consumidor constituirán el alimento de los descomponedores que transformarán la totalidad de la materia orgánica incorporada en materia inorgánica. Así finaliza el reciclado de la materia en cualquier ecosistema. Por lo tanto la vida de los todos los seres vivos sean autótrofos o heterótrofos depende directa o indirectamente de la energía lumínica. Cabe remarcar que a diferencia de la materia la energía no se recicla ingresa al ecosistema como energía lumínica y fluye por lo distintos niveles de la cadena alimentaria. A cada uno de estos niveles le llega cada vez menos energía ya que ninguna transformación energética es cien por cien eficiente y ocurre una perdida de energía útil para los seres vivos en forma de energía calórica. Es por esto que las cadenas alimentarias no suelen tener más de cinco eslabones. Por último de toda la energía que ingresó al ecosistema como luz una fracción quedará temporalmente retenida en los enlaces químicos y el resto será devuelto al ambiente como energía calórica. Por lo tanto a diferencia de la energía que fluye unidireccionalmente la materia circula en ciclos a través de los organismos vivos y el ambiente. Es tomada en su forma inorgánica y transformada a orgánica por los productores consumida y utilizada por los consumidores para luego ser aprovechada y devuelta en forma inorgánica por los descomponedores. ACTIVIDAD 17 La siguiente figura resume el ciclo de la materia en un ecosistema. Los distintos tipos de flechas representan diferentes tipos de transformaciones de la materia. Analice y discuta en grupo con sus compañeros el significado de cada uno de los tipos de flechas. CO 2 H 2 O Sales Minerales Descomponedores LUZ

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Capítulo 6: Los organismos autótrofos fabrican su alimento 140 ACTIVIDAD 18 Siga el recorrido de un átomo de carbono desde que está en el aire formando parte de una molécula de dióxido de carbono hasta que integre una macromolécula de glucógeno en el hígado de una persona. En cada paso mencione: - en qué molécula se encuentra ese átomo - si esas moléculas atraviesan membranas por qué mecanismos lo hacen - qué transformaciones químicas modifican las distintas moléculas. ACTIVIDAD 19 Siga el recorrido de un átomo de carbono desde que está formando parte de una molécula de sacarosa en una manzana que usted comió hasta que integre una proteína de membrana de una de sus neuronas. En cada paso mencione: - en qué molécula se encuentra ese átomo - si esas moléculas atraviesan membranas por qué mecanismos lo hacen - qué transformaciones químicas modifican las distintas moléculas. ACTIVIDAD 20 Siga el recorrido de un átomo de carbono desde que está formando parte de una molécula de glucosa en una célula muscular de una persona hasta que integre una proteína citoplasmática de una célula de una hoja de lechuga. En cada paso mencione: - en qué molécula se encuentra ese átomo - si esas moléculas atraviesan membranas por qué mecanismos lo hacen - qué transformaciones químicas modifican las distintas moléculas. ACTIVIDAD 21 En un experimento de laboratorio se determinó cómo una planta intercambiaba dióxido de carbono con el ambiente a lo largo de todo un día. Los resultados se muestran en el siguiente gráfico. Una de las curvas representa la fijación de dióxido de carbono durante la fotosíntesis y la otra la producción de dióxido de carbono durante la respiración celular: a ¿A qué proceso metabólico corresponde cada una de las curvas. Justifique su respuesta. b¿Durante qué horas del día la planta realiza respiración celular ¿En qué horarios es mayor la respiración celular ¿Por qué c ¿Existe un momento del día en el cual la planta fija y libera las mismas cantidades de dióxido de carbono d Compare la cantidad de dióxido de carbono fijado por fotosíntesis y el liberado por respiración celular por un productor durante un día ¿son iguales e ¿Qué ocurriría si los productores fijaran en la fotosíntesis exactamente la misma cantidad de dióxido de carbono que ellos mismos liberan en la respiración celular sugerencia: utilice como ayuda la figura de la actividad 17. 0 5 10 15 20 25 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 hora del día

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Acerca de organismos células genes y poblaciones 141 Bibliografía básica: -Curtis Helena y colaboradores. 2000. Biología. Buenos Aires. Editorial Médica Panamericana. -Purves William y colaboradores. 2003. Vida. La ciencia de la biología. Editorial Médica Panamericana. Bibliografía sugerida lecturas complementarias: -Iglesias Alberto A. y otros. 1994. Agua carbono luz y vida. Revista Ciencia Hoy Volumen 5 Nº27 páginas 41 a 55. ACTIVIDAD 22 Para cada una de las siguientes afirmaciones indique si es verdadera o falsa y justifique su respuesta. a Si no hubiera energía lumínica disponible en un ecosistema solo sobrevivirían los animales que viven en cuevas. b El almidón que forma parte de una galletita que estamos comiendo contiene átomos de carbono que alguna vez estuvieron en moléculas de dióxido de carbono en el aire. c No es recomendable tener plantas en el dormitorio ya que de noche consumen oxígeno. d La presencia de especies descomponedoras no es imprescindible en un ecosistema para el correcto reciclado de la materia. e Puede ocurrir que en un ecosistema haya más energía química en los herbívoros que en los productores. ACTIVIDAD 23 En la figura de la actividad 17 aparecen cuatro tipo de organismos muy comunes y conocidos por todos nosotros: una planta de frutilla una langosta un pájaro el benteveo o bicho feo y un pez la chanchita. Teniendo en cuenta las relaciones tróficas descriptas entre ellos en la actividad 17 redacte un texto que relacione los siguientes términos: fotosíntesis respiración celular alimento heterótrofo y energía.

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Este material es un “descendiente” del libro De los organismos a sus células Ed. Yanel que fue publicado en 2001 y usado durante cinco años para orientar la enseñanza y el aprendizaje de la materia Biología del C.B.C. de la U.B.A. en el Centro Regional Norte sede San Isidro. La necesidad de elaborar Acerca de organismos células genes y poblaciones surgió de nuestra práctica docente durante cinco años a lo largo de los cuales fuimos detectando las falencias de su antecesor. Ana De Micheli

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