Unidad II. Estructura, crecimiento y desarrollo de la vida humana.

La estructura de la materia.

ATOMOS Actualmente, se acepta que el átomo es la unidad

estructural y reactiva de la materia, y que pueden combinarse para formar partículas conocidas como moléculas a través de las reacciones químicas. Según el modelo corpuscular los átomos y las moléculas son partículas que se encuentran en constante movimiento.

En el núcleo se encuentran los protones y neutrones.Los protones poseen carga eléctrica positiva, mientras que los

neutrones no tienen carga.

En la corteza se encuentran los electrones, orbitando en torno al núcleo y poseen carga eléctrica igual a la de los protones pero de signo negativo.

Por último, un átomo puede perder o ganar electrones, transformándose en un ión (especie química con carga eléctrica). Si el átomo pierde electrones se convierte en un ión positivo: catión.Si el átomo gana electrones se convierte en un ión negativo: anión

Reacción química.Una reacción química es un proceso en el que unas sustancias

se transforman en otras por la reordenación de sus átomos mediante la rotura de unos enlaces en los reactivos y la formación de otros nuevos en los productos.

A + B → C + D

Las reacciones químicas se manifiestan en alguna de estas formas:• emisión de gases • efervescencia • cambios de color• emisión de luz• elevación de la temperatura• formación de nuevas sustancias.

Moléculas.Todo lo que hay a nuestro alrededor está formado por grupos de

átomos unidos que forman conjuntos llamados moléculas. Los átomos que se encuentra en una molécula se mantienen unidos debido a que comparten o intercambian electrones.

Las moléculas están hechas de átomos de uno o más elementos. Algunas moléculas están hechas de un sólo tipo de átomo. Por ejemplo, dos átomos de oxígeno se unen para formar una molécula de O2, la parte del aire que necesitamos para respirar y vivir. Otras moléculas son muy grandes y complejas. Por ejemplo, las moléculas de proteína contienen cientos de átomos.

La molécula de agua. La molécula de agua está formada por dos átomos de H

unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. El ángulo entre los enlaces H-O-H es de 104'5º. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan parcialmente desprovistos de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

Por ello se dan interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces por puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.

Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro molécula unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad.

Funciones del agua para la vida:

En el agua de nuestro cuerpo tienen lugar las reacciones que nos permiten estar vivos. Forma el medio acuoso donde se desarrollan todos los procesos metabólicos que tienen lugar en nuestro organismo Gracias a la elevada capacidad de evaporación del agua, podemos regular nuestra temperatura, sudando o perdiéndola por las mucosas, cuando la temperatura exterior es muy elevada es decir, contribuye a regular la temperatura corporal mediante la evaporación de agua a través de la piel.

Posibilita el transporte de nutrientes a las células y de las sustancias de desecho desde las células. El agua es el medio por el que se comunican las células de nuestros órganos y por el que se transporta el oxígeno y los nutrientes a nuestros tejidos. Y el agua es también la encargada de retirar de nuestro cuerpo los residuos y productos de deshecho del metabolismo celular.

Moléculas orgánicas.Carbohidratos. También llamados glúcidos, están constituidos por

carbono, hidrógeno y oxígeno en la proporción CnH2nOn, por lo cual también se denominan hidratos de carbono. Ejemplos son la glucosa que hay disuelta en la sangre y en el interior de las células y el glucógeno que hay depositado en las células musculares y que puede degradarse dando lugar a centenares de glucosas.

De acuerdo a su complejidad, se distinguen básicamente tres tipos de carbohidratos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.Sus funciones son energéticas, estructurales y de reserva.

Proteínas.Están constituidas por decenas o centenares

de aminoácidos (moléculas que tienen un grupo ácido y un grupo amino). Por ejemplo la albúmina presente en la sangre y el colágeno presente en los huesos.

Niveles de organización proteica :Estructura primaria: secuencia de

aminoácidos.

Estructura secundaria: configuración regular producida por enlaces entre los átomos de la columna vertebral polipeptídica. Puede ser doble hélice o plegada.

Estructura terciaria: estructura tridimensional de la proteína producida por enlaces entre aminoácidos de distintos segmentos de la cadena polipeptídica.

Estructura cuaternaria: estructura formada por la interacción entre dos o más polímeros. Por ejemplo: la hemoglobina.

Lípidos. Están constituidos básicamente por carbono e

hidrógeno y, generalmente, una ínfima cantidad de oxígeno. Son sustancias insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos como el benceno C6H6. Por ejemplo las grasas y el colesterol.

Los lípidos cumplen variadas funciones en los seres vivos: Almacenan energía, forman la estructura básica de todas las membranas celulares; son precursores de otras moléculas de importancia biológica como ciertas hormonas, ácidos biliares y vitaminas; y actúan como aislantes térmicos. Hay tres tipos principales de lípidos: grasas neutras, fosfolípidos y esteroides.

Ácidos nucleicos.Estructura. El conocimiento de la estructura de los ácidos nucleicos permitió la elucidación del código genético, la determinación del mecanismo y control de la síntesis de las proteínas y el mecanismo de transmisión de la información genética de la célula madre a las células hijas. A las unidades químicas que se unen para formar los ácidos nucleicos se les denomina nucleótidos y al polímero se le denomina polinucleótido o ácido nucleico.

Los nucleótidos están formados por una base nitrogenada, un grupo fosfato y un azúcar; ribosa en caso de ARN y desoxiribosa en el caso de ADN. Las bases nitrogenadas son las que contienen la información genética y los azúcares y los fosfatos tienen una función estructural formando el esqueleto del polinucleótido. En el caso del ADN las bases son dos purinas y dos pirimidinas. Las purinas son A (Adenina) y G (Guanina). Las pirimidinas son T (Timina) y C (Citosina) . En el caso del ARN también son cuatro bases, dos purinas y dos pirimidinas. Las purinas son A y G y las pirimidinas son C y U (Uracilo).

La estructura celular.La célula.

Las tres partes básica de una célula son : la membrana plasmática (separa a la célula del ambiente externo), el citoplasma (donde ocurren la mayoría de los procesos metabólicos) y el núcleo (donde se encuentra el material genético). Se dice que la célula es una unidad tricompartimentada.

Dependiendo de la complejidad del tipo de célula se pueden dividir en dos grupos, las células procarióticas y las células eucariótica.

Las primeras células Desde una perspectiva bioquímica, tres

características distinguen a las células vivas de otros sistemas químicos:

3)la capacidad para duplicarse generación tras generación;

4) la presencia de enzimas, las proteínas complejas que son esenciales para las reacciones químicas de las que depende la vida; y

5)una membrana que separa a la célula del ambiente circundante y le permite mantener una identidad química distinta.

La célula procariótica.La célula procariota es muy sencilla y se caracteriza por

carecer de membrana nuclear, por lo que el núcleo es difuso y el material genético se encuentra libre en el citoplasma. Se trata de células más pequeñas, con un grado de complejidad estructural menor que las eucariotas, y tan sólo constituyen organismos unicelulares, como las bacterias y algas verde azules.

Su citoplasma no presenta prácticamente ningún orgánulo y la membrana plasmática posee unos pliegues hacia el interior. En la parte externa se origina una envoltura protectora y resistente, la pared celular, de composición variada, rígida y responsable de la forma de la célula.

La célula eucariótica.La célula eucariota es más compleja (posee un núcleo

definido por una mebrana y una gran cantidad de organelos intracelulates) y alcanza mayores niveles de organización al poder construir organismos unicelulares o pluricelulares. La organización eucariota la presentan las protoctistas, los hongos, las plantas y los animales.

Atendiendo a la naturaleza de los seres vivos, las células se dividen en animales y vegetales. Aunque poseen la misma estructura, las células vegetales tienen unos orgánulos característicos (plastos) y una cubierta externa de celulosa (pared celular) que las células animales no presentan.

El Protoplasma. El Protoplasma es un citoplasma más el núcleo. Mientras que la célula es membrana más el protoplasma.

Sustancias que componen al protoplasma y sus funciones:

•Carbohidratos: Sus funciones son almacenar energía para la célula (como fuente primaria) y constituir las paredes celulares.

•Lípidos: Sirven como reserva de energía, de aislante térmico y para formar la membrana celular que le da protección a los órganos y estructuras celulares.

•Proteínas: Sus funciones son Estructurales (uñas, cabello); Hormonal (hormonas, por ejemplo insulina); Catalizador (regula la descomposición de los alimentos por enzimas); y de transporte de oxígeno•Enzimas: aumentan la velocidad de una reacción química.•Electrolitos : sodio, potasio, calcio, etc, mantiene la homeostasis y el equilibrio iónico.

Genes y cromosomas.

Un gen es un segmento corto de ADN, que le dice al cuerpo cómo producir una proteína específica. Hay aproximadamente 30.000 genes en cada célula del cuerpo humano y la combinación de todos los genes constituye el material hereditario para el cuerpo humano y sus funciones.

El cromosoma contiene el ácido nucleico, ADN, que se divide en pequeñas unidades llamadas genes. Éstos determinan las características hereditarias de la célula u organismo. Las células de los individuos de una especie determinada suelen tener un número fijo de cromosomas, que en las plantas y animales superiores se presentan por pares.

El ser humano tiene 23 pares de cromosomas. En estos organismos, las células reproductoras tienen por lo general sólo la mitad de los cromosomas presentes en las corporales o somáticas. Durante la fecundación, el espermatozoide y el óvulo se unen y reconstruyen en el nuevo organismo la disposición por pares de los cromosomas; la mitad de estos cromosomas procede de un parental, y la otra mitad del otro.

Los pares del 1 al 22 son iguales en hombres y mujeres y se conocen como autosomas. El par número 23 está compuesto por los cromosomas que determinan el sexo. Las mujeres tienen dos cromosomas X y los hombres un cromosoma X y un cromosoma Y.

El estudio del cariotipo tiene un gran interés en medicina porque algunos síndromes ( Down, klinefelter, Turner) son debidos a cromosomas de más, de menos o a cromosomas incompletos.

Grafico 1. Incidencia de Síndrome de Down / edad de la madre.

Síndrome de Turner (X0)

14 años 19 años

Conceptos de célula haploide y célula diploide.Una célula haploide es aquella que contiene la mitad (n) del número

normal de cromosomas (2n). Las células reproductoras, como los óvulos y los espermatozoides de los mamíferos contienen un sólo juego de cromosomas, mientras que el resto de las células de un organismo superior suelen tener dos juegos de ellos. Cuando los gametos se unen durante la fecundación, el huevo fecundado contiene un número normal de cromosomas (2n): es una célula diploide.

Las células diploides son las que tienen un número doble de cromosomas que un gameto, es decir, que poseen dos series de cromosomas.

Las células somáticas (del cuerpo) del hombre tienen 46 cromosomas, ese es su número diploide, los gametos (originados en las gónadas, por medio de meiosis de las células germinales) tienen solamente la mitad, 23, lo cual constituye su número haploide, puesto que en la división meiótica sus 46 cromosomas son divididos tras una duplicación de material genético (2c-->4c), en 4 células, cada una con 23 cromosomas y una cantidad de material genético C, dejando a cada célula sin el par completo de cromosomas homólogos.

2n=46 (diploide)

n=23 (haploide)

espermio óvulo

Organización del cuerpo humano.Las células son las partes más pequeñas de la materia viva que

pueden existir libres en el medio. Los organismos compuestos por una sola célula se denominan organismos unicelulares, y deben desarrollar todas las funciones vitales.

Nivel pluricelular: abarca a aquellos seres vivos que están constituidos por más de una célula. Se pueden distinguir varios grados de complejidad o subniveles. De menor a mayor complejidad son los siguientes:

Tejidos: son conjuntos de células especializadas muy parecidas, que realizan la misma función y que tienen un mismo origen.

Órganos: son las unidades estructurales y funcionales de los seres vivos superiores. Están constituidos por varios tejidos diferentes y realizan una acción concreta.

Sistemas: son conjuntos de órganos parecidos, pero que realizan acciones independientes. Por ejemplo, el sistema nervioso, el óseo, el muscular, o el endocrino.

Aparatos: son conjuntos de órganos que pueden ser muy diferentes entre sí, pero cuyos actos están coordinados para constituir lo que se llama una función.

Organismo : Ser vivo capacitado para intercambiar materia y energía con el medio y para reproducirse, puede ser unicelular (bacterias, protozoos) o multicelular (animales y plantas).

Sistemas del cuerpo humano.Los principales sistemas del cuerpo humano son : •Sistema respiratorio : capta el oxígeno para el cuerpo y expulsa dióxido de carbono, •Sistema digestivo : transforma el alimento, absorbe los nutrientes y elimina Sistema digestivo : transforma el alimento, absorbe los nutrientes y elimina los los residuos,residuos,Sistema excretor : filtra la sangre y elimina sustancias residuales,Sistema excretor : filtra la sangre y elimina sustancias residuales,Sistemas esquelSistemas esqueléético y muscular : permiten el movimiento y proporcionan tico y muscular : permiten el movimiento y proporcionan soporte alsoporte al resto de los resto de los óórganos con 206 huesos individuales y 650 mrganos con 206 huesos individuales y 650 múúsculossculosSistemas cardiovascular y linfSistemas cardiovascular y linfáático : se encargan del transporte de sustancias y tico : se encargan del transporte de sustancias y de las defensa frente a las infecciones,de las defensa frente a las infecciones, Sistemas nervioso y hormonal :coordinan los demSistemas nervioso y hormonal :coordinan los demáás sistemas, captan ests sistemas, captan estíímulos mulos medioambientales y elaboran respuestas y comportamientos,medioambientales y elaboran respuestas y comportamientos,Sistema tegumentario : Cubre y protege el cuerpo mediante la piel, uSistema tegumentario : Cubre y protege el cuerpo mediante la piel, uññas y pelo as y pelo y Sistema reproductor : se encarga de la reproducciy Sistema reproductor : se encarga de la reproduccióón y el desarrollo.n y el desarrollo.

Actividad: Moléculas , células y genes. 1.- ¿Cómo se encuentran organizados los átomos?2.- Defina: ión, catión y anión.3.- ¿Qué es una reacción química? ¿Cómo se manifiestan?4.- ¿Por qué el agua es fundamental para la vida?5.- Indique las funciones de los glúcidos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.6.- ¿Cuáles son las principales características de células procariotas y eucariotas?7.- Mencione 3 diferencias y 3 semejanzas entre células procariontes y eucariontes8.- ¿Qué es un gen? ¿Qué función cumplen?9.- ¿Qué características presenta una célula haploide y diploide?10.- Defina: tejido, órgano, sistema, aparato y organismo.11.- Indique las funciones de los principales sistemas humanos del cuerpo humano:.12.- ¿Qué características presentan las células haploide y diploides? De un ejemplo de cada una.

1.- ¿Cómo se encuentran organizados los átomos?

En el núcleo se encuentran los protones y neutrones.Los protones poseen carga eléctrica positiva, mientras que los

neutrones no tienen carga.

En la corteza se encuentran los electrones, orbitando en torno al núcleo y poseen carga eléctrica igual a la de los protones pero de signo negativo.

2.- Defina: ión, catión y anión.

un átomo puede perder o ganar electrones, transformándose en un ión (especie química con carga eléctrica). Si el átomo pierde electrones se convierte en un ión positivo: catión.Si el átomo gana electrones se convierte en un ión negativo: anión

3.- ¿Qué es una reacción química? ¿Cómo se manifiestan?

Reacción química.Una reacción química es un proceso en el que unas sustancias

se transforman en otras por la reordenación de sus átomos mediante la rotura de unos enlaces en los reactivos y la formación de otros nuevos en los productos.

Las reacciones químicas se manifiestan en alguna de estas formas:• emisión de gases • efervescencia • cambios de color• emisión de luz• elevación de la temperatura• formación de nuevas sustancias.

4.- ¿Por qué el agua es fundamental para la vida?

Forma el medio acuoso donde se desarrollan todos los procesos metabólicos que tienen lugar en nuestro organismo

Gracias a la elevada capacidad de evaporación del agua, podemos regular nuestra temperatura, sudando o perdiéndola por las mucosas, cuando la temperatura exterior es muy elevada es decir, contribuye a regular la temperatura corporal mediante la evaporación de agua a través de la piel.

Posibilita el transporte de nutrientes a las células y de las sustancias de desecho desde las células. El agua es el medio por el que se comunican las células de nuestros órganos y por el que se transporta el oxígeno y los nutrientes a nuestros tejidos. Y el agua es también la encargada de retirar de nuestro cuerpo los residuos y productos de deshecho del metabolismo celular.

5.- Indique las funciones de los glúcidos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.

•Carbohidratos: Sus funciones son almacenar energía para la célula (como fuente primaria) y constituir las paredes celulares.

•Lípidos: Sirven como reserva de energía, de aislante térmico y para formar la membrana celular que le da protección a los órganos y estructuras celulares.

•Proteínas: Sus funciones son Estructurales (uñas, cabello); Hormonal (hormonas, por ejemplo insulina); Catalizador (regula la descomposición de los alimentos por enzimas); y de transporte de oxígeno•Enzimas: aumentan la velocidad de una reacción química.•Electrolitos : sodio, potasio, calcio, etc, mantiene la homeostasis y el equilibrio iónico.

Ácidos nucleicos: Mecanismo y control de la síntesis de las proteínas y el mecanismo de transmisión de la información genética de la célula madre a las células hijas.

6.- ¿Cuáles son las principales características de células procariotas y eucariotas?

La célula procariótica.La célula procariota es muy sencilla y se caracteriza por carecer de

membrana nuclear, por lo que el núcleo es difuso y el material genético se encuentra libre en el citoplasma.

Se trata de células más pequeñas, con un grado de complejidad estructural menor que las eucariotas, y tan sólo constituyen organismos unicelulares, como las bacterias y algas verde azules.

La célula eucariótica.La célula eucariota es más compleja (posee un núcleo definido por una

membrana y una gran cantidad de organelos intracelulares) y alcanza mayores niveles de organización al poder construir organismos unicelulares o pluricelulares. La organización eucariota la presentan las protoctistas, los hongos, las plantas y los animales.

7.- Mencione 3 diferencias y 3 semejanzas entre células procariontes y eucariontes

Diferencias:Eucarionte: con núcleo definido, de mayor tamaño, con organelos membranosos.Procarionte; sin núcleo definido, de menor tamaño, sin organelos membranosos.

Semejanzas:Ambas poseen membrana celular, citoplasma y material genético

8.- ¿Qué es un gen? ¿Qué función cumplen?

Un gen es un segmento corto de ADN, que le dice al cuerpo cómo producir una proteína específica.

Éstos determinan las características hereditarias de la célula u organismo.

9.- ¿Qué características presenta una célula haploide y diploide?

Una célula haploide es aquella que contiene la mitad (n) del número normal de cromosomas (2n).

Las células diploides son las que tienen un número doble de cromosomas que un gameto, es decir, que poseen dos series de cromosomas.

10.- Defina: tejido, órgano, sistema, aparato y organismo.

Tejidos: son conjuntos de células especializadas muy parecidas, que realizan la misma función y que tienen un mismo origen.

Órganos: son las unidades estructurales y funcionales de los seres vivos superiores. Están constituidos por varios tejidos diferentes y realizan una acción concreta.

Sistemas: son conjuntos de órganos parecidos, pero que realizan acciones independientes. Por ejemplo, el sistema nervioso, el óseo, el muscular, o el endocrino.

Aparatos: son conjuntos de órganos que pueden ser muy diferentes entre sí, pero cuyos actos están coordinados para constituir lo que se llama una función.

Organismo : Ser vivo capacitado para intercambiar materia y energía con el medio y para reproducirse, puede ser unicelular (bacterias, protozoos) o multicelular (animales y plantas).

11.- Indique las funciones de los principales sistemas humanos del cuerpo humano:.

Sistemas del cuerpo humano.Los principales sistemas del cuerpo humano son : •Sistema respiratorio : capta el oxígeno para el cuerpo y expulsa dióxido de carbono, •Sistema digestivo Sistema digestivo : transforma el alimento, absorbe los nutrientes y : transforma el alimento, absorbe los nutrientes y elimina loselimina los residuos,residuos,Sistema excretor Sistema excretor : filtra la sangre y elimina sustancias residuales,: filtra la sangre y elimina sustancias residuales,Sistemas esquelSistemas esqueléético y muscular tico y muscular : permiten el movimiento y proporcionan : permiten el movimiento y proporcionan soporte alsoporte al resto de los resto de los óórganos con 206 huesos individuales y 650 mrganos con 206 huesos individuales y 650 múúsculossculosSistemas cardiovascular y linfSistemas cardiovascular y linfáático tico : se encargan del transporte de : se encargan del transporte de sustancias y de las defensa frente a las infecciones,sustancias y de las defensa frente a las infecciones, Sistemas nervioso y hormonal Sistemas nervioso y hormonal :coordinan los dem:coordinan los demáás sistemas, captan s sistemas, captan estestíímulos mulos medioambientales y elaboran respuestas y comportamientos,medioambientales y elaboran respuestas y comportamientos,Sistema tegumentario Sistema tegumentario : Cubre y protege el cuerpo mediante la piel, u: Cubre y protege el cuerpo mediante la piel, uññas y as y pelo y Sistema reproductor : se encarga de la reproduccipelo y Sistema reproductor : se encarga de la reproduccióón y el desarrollo.n y el desarrollo.