Introducción a la Biología

Ing. Wilson Martínez U.E. Atahualpa

Significado del término

Introducción a la Biología

Desarrollo histórico

Definición

Etapas

Temas a tratarse

Objetivo

Ing. Wilson Martínez U.E. Atahualpa

Introducción a la Biología

Objetivo: es el estudio de la vida de los seres vivos o los fenómenos relacionados a ellos, procurando a través de variados métodos, comprender las causas del comportamiento de los seres vivos, estableciendo las leyes que controlan tales mecanismos

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CIENCIA

SERES VIVOS

ESTRUCTURA FORMAS QUEADOPTAN

FUNCIONES

Es una

Est udiaa los

BIOS= VIDALOGOS= ESTUDIO

Acuñado por

Término que significa

Jean Baptista deLamark

CORAZÓNPULMONESCELULAR

ANIMALVEGETALBACTERIA

Ejem.

NUTRICIÓNREPRODUCCIÓNSÍNTESIS

RELACIÓNCON EL MEDIO

Ejem.

DONDE VIVEHÁBITOS

EVOLUCIÓN

De ellos estudia

EVOLUCIÓNHUMANA

La ciencia que se encarga del estudiode los seres vivos desde el punto devista de su origen, evolución,reproducción, etc.

Se definecomo

Con esto englobamos a

Ejem. Ejem. Ejem.

BIOLOGÍA

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Biología en la edad Antigua

CONOCIMIENTO Y OBSERVACIÓN DE LA

NATURALEZA

ETAPAS DE LA BIOLOGÍA

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ARISTÓTELES

Primera CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS .

GALENO

Primeros estudios de ANATOMÍA HUMANA

BIOLOGÍA ANTIGUA

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Biología en la edad Media

Se realizaron descubrimientos científicos, en relación con el cuerpo humano, las plantas, los animales .

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Biología en la edad Media

Andrés Versalio

Realizó cientos de disecciones en cadáveres

Willian Harvey

Realizó estudios sobre la circulación de la sangre y cómo

ésta es impulsada por el corazón.

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Biología en la edad Moderna

Microscopistas

Estructura celular

Nuevas teorías

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ZACCHARIAS JANNSEN

SE LES ATRIBUYE LA

INVENCIÓN DEL MICROSCOPIO

Karl Linneo

Realizó

Roobert Hooke

Inició

La teoría celular, observó las células de corcho.

MICROORGANISMOSEN EL AGUA

ANTON VAN LEEUWENHOEK

PRIMERO EN OBSERVAR

BIOLOGÍA MODERNA

Un sistema de clasificación natural de las especies

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THEODOR SCHWANNMATHIAS SCHLEIDEN

NUEVAS

TEORÍAS

POSTULARON

LA TEORÍA CELULAR: LA CÉLULAES LA UNIDAD DE ORIGEN,ESTRUCTURA Y FUNCIÓN

CHARLES DARWIN

POSTULÓ LA

TEORÍA DE LA SELECCIÓNNATURAL: EN UN MEDIOAMBIENTE DETERMINADOSOLO SOBREVIVE EL MÁSAPTO

LUIS PASTEUR

CON EL SE INICIA

LA IDEA DE BIOGÉ-NESIS: LA VIDA SUR-GE DE VIDA PRE-EXISTENTE

MICROBIOLOGÍACITOLOGÍAGENÉTICAEVOLUCIÓN

NUEVOS CAMPOS

SURGEN LA

GREGOR JOHANN MENDEL

EXPLICÓ

LOS MECANISMOSDE LA HERENCIA

Biología en el siglo XIX

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AVANCES EN GENÉTICA

CLONACIÓN, TERAPIA GÉNICAMEJORAMIENTO DE ESPECIESVEGETALES Y ANIMALES

DESTACAN

EJEMPLODESCUBRIMIENTO DE LA BIOLOGÍAMOLECULAR DEL ADN POR PARTE

DE F. CRICK Y J. WATSON.

Biología del siglo XX

REPRESENTACIÓN DE LA ESTRUCTURA DOBLE DEL

ADN

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Biología en el siglo XXI

ESTUDIOS DE BIOTECNOLOGÍA Y LA INGENIERÍA GENÉTICA

Craing Venter ,publicó

“Proyecto Genoma Humano”

Ricardo Fujita,peruano,miembro de

la organización del Genoma Humano

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Campo de estudio de la Biología

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TAXONOMÍA

CLASIFICACIÓNDE LOS ORGANISMOS

ESTUDIA

BIOQUÍMICA Y BIOFÍSICA

ESTRUCTURA Y FUNCIÓNA NIVEL MOLECULAR

ESTUDIA

EMBRIOLOGÍA

ESTUDIA

DESARROLLO DE LOSEMBRIONES

FISIOLOGÍA

FUNCIÓN A NIVELORGÁNICO

ESTUDIA

ECOLOGÍA

ESTUDIA

RELACIÓN DE LOS ORGA-NISMOS CON SU MEDIO

AMBIENTE

EVOLUCIÓN

ESTUDIA

CAMBIOS EN ELTIEMPO

ESTUDIA

GENÉTICA

VARIACIÓN YHERENCIA

MORFOLOGÍA

ESTUDIA

FORMA Y ESTRUCTURA

RAMAS DE LA BIOLOGÍA

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La Biología juega un papel relevante en la sociedad, ya que laAplicación de sus principios permite:

IMPORTANCIA DE LA BIOLOGÍA

Producción masiva de alimentos de origen animal y vegetal.

Mejoramiento genético de especies animales y vegetales.

Control y cura de enfermedades a través del uso deantibióticos, vacunas, terapia génica.

Saneamiento del medio ambiente.

Protección de especies animales y vegetales en peligro deextinción.

Etc.Ing. Wilson Martínez

U.E. Atahualpa

CAPÍTULO 1. BIOLOGÍA CELULAR.

1 - Microscopía

2 – Origen de la vida

3 – La teoría celular

4 – La célula procariota

5 – La célula eucariota

6 – La división celular

7 – La organización de los seres vivos

Índice

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Qué es Microscopía?

La microscopía es la técnica de producir imágenes visibles de estructuras o detalles demasiado pequeños para ser percibidos a simple vista. En este campo ha habido gran impulso por parte de la física.

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Tamaño relativo de células

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Historia del microscopio El microscopio se inventó, hacia 1610, por Galileo, según lositalianos, o por Zacarias Jansen, en opinión de los holandeses.

Sin embargo las primeras publicaciones importantes en elcampo de la microscopia aparecen en 1660 y 1665cuando Malpighi prueba la teoría de Harvey sobre lacirculación sanguínea al observar al microscopio loscapilares sanguíneos y Hooke publica su obraMicrographia.

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A mediados del siglo XVII un comercianteholandés, Leeuwenhoek, utilizando microscopios simplesde fabricación propia describió por primera vez protozoos,bacterias, espermatozoides y glóbulos rojos.

Durante el siglo XVIII el microscopio sufrió diversosadelantos mecánicos que aumentaron su estabilidad y sufacilidad de uso aunque no se desarrollaron mejorasópticas.

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Las mejoras más importantes de la óptica surgieron en 1877cuando Abbe publica su teoría del microscopio y por encargo de CarlZeiss mejora la microscopía de inmersión sustituyendo el agua poraceite de cedro lo que permite obtener aumentos de 2000.

A principios de los años 30 se había alcanzado el limite teórico paralos microscopios ópticos no consiguiendo estos, aumentossuperiores a 500X o 1000X sin embargo existía un deseo científicode observar los detalles de estructuras celulares ( núcleo,mitocondria... etc.).

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Microscopía Óptica

Es un microscopio basado en lentes ópticos que nos permiten observar objetos de puequeño tamaño. El desarrollo de este aparato suele asociarse con los trabajos de Anton van Leeuwenhoek.Los microscopios de este tipo generalmente producen un aumento de 1000 veces el tamaño original. El límite lo tienen en unas 2000 veces. Elementos de un microscopio básico: (1) ocular,

(2) revólver, (3) objetivo, (4) mecanismo de

enfoque, (5) tornillo de enfoque fino, (6) platina,

(7) espejo, (8) condensador.

Un microscopio óptico es un instrumento que permite

observar objetos que son demasiado pequeños para ser

vistos a simple vista.

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Principio de funcionamiento

• Las lentes de un microscopio óptico son el condensador, el objetivo y el ocular.

• La luz que entra en el sistema debe enfocarse sobre la preparación y para esto se utiliza el condensador. Elevando o bajando el condensador puede alterarse el plano del foco de luz y elegirse una posición que consiga el foco preciso.

• El objetivo es la lente situada cerca del objeto que se observa. El aumento primario del objeto es producido por la lente objetivo y la imagen se transmite al ocular.

• En el ocular se realiza el aumento final.

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MICROSCOPÍA ÓPTICA

CONCLUSIÓN:El principal factor limitante es la longitud de onda de la luz visible, es imposible construir un microscopio con un poder de resolución inferior a 0,2 micrómetros. Los objetivos de inmersión tienen un poder de resolución mayor, ya que utilizan una sustancia viscosa como el aceite (indice de refracción=1,5) frente al aire (índice de refracción=1).

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PARTES DEL MICROSCOPIO

El microscopio está formado por tres componentesque son:

• Parte mecánica

• Parte óptica

• Parte de iluminación

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Parte mecánica Son una serie de piezas donde se instalan los lentes y poseemecanismos de movimiento controlado para el enfoque, las piezasque forman este sistema son:

• Soporte o brazo: Une el tubo a la platina y sirve para tomar elmicroscopio y trasladarlo de un lugar a otro.

• Base o pie, estructura metálica en forma de U ó V, sirve de sostény da estabilidad.

• Tubo ocular: Tiene forma cilíndrica y está ennegrecidointernamente para evitar las molestias que ocasionan los reflejosde la luz. En su parte superior se encuentra un orificio donde secoloca el ocular y en la parte inferior lleva el "revólver" que soportalos objetivos.

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• Tornillo macrométrico: Permite realizar movimientosverticales grandes, es decir mueve el tubo de arribahacia abajo permitiendo un enfoque rápido, es untornillo grande.

• Tornillo micrométrico: Permite realizar movimientoslentos, por lo cual sirve para afinar y precisar elenfoque, el tornillo es pequeño.

• Revólver: Estructura circular giratoria donde vanenroscados los objetivos. Permite la colocación enposición correcta del objetivo que se va a usar.

• Carro: Dispositivo colocado sobre la platina que permitedeslizar la preparación de derecha a izquierda y deatrás hacia delante.

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• Platina: Se utiliza para colocar la preparación u objeto quese va a observar, puede ser fija o giratoria, tiene un huecoen el centro para dejar pasar los rayos luminosos.

• Pinzas del portaobjeto: Sirven para sostener lapreparación.

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Parte óptica Está constituido por una serie de lentes que permitenademás de aumentar y dar nitidez a la imagen. Estoslentes son:

• Oculares: Tienen como función multiplicar el aumentologrado por el objetivo, el aumento que se logra conellos se representa por un número entero acompañadode una X, lo cual significa tantos números, tenemosoculares de 4X, 6X, 8X, 9X, 10X, l2X, 15X, 20X.

• Objetivos: Son los que están ubicados en el extremoinferior del tubo en la pieza llamada "revólver" y son losque están cerca del objeto que se va a observar. Losobjetivos pueden ser "secos" o de "inmersión".

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Parte de iluminación Está constituido por las partes del microscopio, cuya funciónestá relacionada con la entrada de luz a través del aparato queilumina la preparación. Está compuesto por:

• El Espejo: Su función es la de desviar los rayos de luz haciael objeto que se va a observar, el espejo presenta dos caras,una plana y otra cóncava. La cara plana se utiliza paraobservar con luz artificial y la cóncava para observar con luznatural.

• Condensador: Es una lente o sistema de lentes que seencuentran colocado debajo de la platina y su función es lade concentrar la luz sobre el objeto que se va a observar.

• Diafragma: Regula la cantidad de luz que debe pasa a travésde éste hacia la platina.

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MICROSCOPÍA ÓPTICA

Las dos características más importantes de un microscopio son:

• Amplificación: aumento del objetivo x aumento del ocular• Poder de resolución (distancia mínima para que dos puntos

próximos se vean como puntos diferentes) , que depende de:• Longitud de onda de la luz incidente: a menor longitud de onda,

mejor resolución (= menor poder de resolución).• Índice de refracción del medio que se encuentra entre la muestra y el

objetivo. (aire)

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TIPOS DE MICROSCOPIOS

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TIPOS DE MICROSCOPIOS ÓPTICOS

M. de Campo Claro: para observar muestras “in vivo”.

M. de Campo Oscuro: para observar microorganismos; en él un disco opaco bloquea la luz, de forma que sólo la luz refractada por la muestra alcanza el objetivo y la muestra aparece iluminada sobre un fondo oscuro.

M. de Contraste de Fases: se basa en que las diferentes estructuras celulares tienen distinta densidad y, por tanto, varía su índice de refracción.

M. de Interferencia Diferencial de Nomarsky: utiliza un prisma refringente que divide la luz en dos rayos polarizados que interfieren entre sí, rpoporcionando una imagen de la célula que parece tridimensional.

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Fibroblasto en cultivo. A) Microscopía de campo claro (B) Microscopía de contraste de fase (C) Microscopía diferencial de contraste de interferencia (DIC) – Nomarski. (D) Microscopía de campo oscuro (tomada de Alberts y col., Molecular Biology of the Cell, 2004)

¿Qué microscopio se ha utilizado?

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M. de Fluorescencia: emplea una lámpara especial y un filtro que permiten emitir luz a diferentes longitudes de onda y excitar ciertas moléculas (fluorocromos) capaces de emitir fluorescencia (absorción de una determinada λ y emisión de luz de una λ mayor → visible)

El microscopio de fluorescencia Olympus BX61, acoplado con una cámara digital Ing. Wilson Martínez

U.E. Atahualpa

Se observa una micrografía de una célula en mitosis. Para obtener esta imagen, se emplearon tres moléculas fluorescentes distintas con el fin de teñir tres componentes celulares diferentes. Se usó un anticuerpo acoplado a una proteína fluorescente verde para detectar a los microtúbulos, otro anticuerpo acoplado a una proteína fluorescente roja para detectar a los centrómeros, y un colorante fluorescente azul para teñir el ADN, que se encuentra condensado formando los cromosomas. (Fuente: Alberts y col., Molecular Biology of the Cell, 2004).

Microscopía de fluorescencia

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MICROSCOPIA ELECTRÓNICA

• Utiliza un haz de electrones en lugar de un haz de luz. Como la longitud de onda de los electrones es menor que la de la luz, el poder de resolución aumenta considerablemente (unos 0,2 nanómetros).

• El haz debe proyectarse en un sistema al vacío.• Las lentes de cristal son sustituidas por lentes

electromagnéticas (electroimanes).• Existen dos tipos de microscopios electrónicos: el de

transmisión (TEM) y el de barrido (SEM).

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MICROSCOPIO ELECTRÓNICO

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MICROSCOPIO ELECTRÓNICO

DE TRANSMISIÓN (MET)

MICROSCOPIO ELECTRÓNICO

DE BARRIDO (MEB)

El haz de electrones atraviesa la

muestra.

El haz de electrones no atraviesa

la muestra.

La imagen se forma por la

dispersión de los electrones en

función del espesor, de la

densidad molecular y del nº

atómico de los átomos de la

muestra.

La imagen se forma por el reflejo

del haz de electrones al incidir

sobre la superficie de la muestra

en función del relieve → IMAGEN

TRIDIMENSIONAL.

Se le añaden átomos pesados

para acentuar la dispersión

electrónica.

Previamente a la observación se

realiza la vaporización de un metal

pesado

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¿ QUÉ MICROSCOPIO SE HA UTILIZADO?

Ameba Alga unicelular

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38

c

luz

objeto

b

imagen

o

Cañón de electrones

c

objeto

b

imagen

o

Microscopio electrónico Microscopio óptico

Fundamento del microscopio óptico y del microscopio electrónico

c) condensador; b) objetivo; o) ocular.

electrones

visor

interruptorIng. Wilson Martínez U.E. Atahualpa

Diferencias entre el microscopio óptico y del microscopio electrónico

Microscopio óptico Microscopio electrónico

Fuente de iluminación: La luz Fuente de iluminación: electrones

Se pueden ver seres vivos No se pueden ver los seres vivos

Poco aumento (X1000) Mucho aumento (X300 000)

Se observa la estructura Se observa la ultraestructura

Preparaciones sencillas Preparaciones complejas

Aparato relativamente barato Instrumento muy caro

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Unidades de medida en microscopía

1 micrometro*= 1 µm = 0,001 mm (milésima de milímetro)

1 nanometro = 1 nm = 0,000 001 mm (millonésima de milímetro)

1 amstrong = 1 Å = 0,1 nm (diez millonésima de milímetro)

* También se llama micra

Tamaños usuales en microscopía

átomo = 1 Å

virus = 25 nm a 300 nm

bacteria =1 µ

Célula = 10 µm a 100 µm

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Microscopio electrónico• Un haz de electrones es lanzado por un cañón en el que se

establece una diferencia de potencial, entre el cátodo y el ánodo.

• El chorro de electrones pasa a través de la muestra a observar, que está colocada en una rejilla.

• Los electrones chocan con la muestra y se desvían, y estas desviaciones son recogidas por la pantalla.

• Observamos la imagen a través de una pantalla que es excitada por los electrones que llegan a ella (mecanismo similar a la televisión). Las imágenes las recogemos mediante una placa fotográfica que es impresionada directamente por los electrones.

Ing. Wilson Martínez U.E. Atahualpa

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Aumento y resolución

• Es importante recordar que un microscopio, aparte de tener la capacidad de dar AUMENTO al tamaño de la imagen de la muestra, también tiene PODER RESOLUTIVO, esto es la capacidad de mostrar distintos y separados dos puntos muy cercanos.

• Cuanto mayor sea el poder resolutivo, mayor será la definición de un objeto. Los microscopios de gran poder resolutivo son especialmente buenos para ver pequeñas estructuras.

Ing. Wilson Martínez U.E. Atahualpa

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Ejercicio: En la Figura hay tres glomérulos esféricos presentes. En la imagen, cada uno mide aproximadamente 25 mm de ancho. Determinar el tamaño real del glomérulo.

𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑖𝑚𝑎𝑔𝑒𝑛

𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜

𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 =25 𝑚𝑚

165

𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 0,15 mm

𝐴𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 =𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑖𝑚𝑎𝑔𝑒𝑛

𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙

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𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎

𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜

𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 =10 𝑚𝑚

10000= 0,001 𝑚𝑚 = 1𝑢𝑚

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20 mm

26 mm

Ing. Wilson Martínez U.E. Atahualpa

63 mm

23 mm

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34 mm

Ing. Wilson Martínez U.E. Atahualpa

7 mm

22 mm5

mm

5 cm

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