¿QUÉ ES LA

BIOLOGÍA?

La biología (del griego «βιος» bios, vida, y «λογος» logos, estudio). La palabra «biología» en su sentido moderno parece haber sido introducida independientemente por G. R. Treviranus (Biologie oder Philosophie der lebenden Natur, 1802) y por Jean-Baptiste Lamarck (Hydrogéologie, 1802). Se puede definir como la ciencia que estudia la materia viva, en todas sus formas y niveles. Posee numerosas ramas, a continuación se enumeran algunas:

MATERIA VIVA v MATERIA INERTE

El soporte físico de la materia mineral y la materia viva es el mismo, la diferencia estriba en que la organización es diferente.Tras la explosión que tuvo lugar hace millones de años en el universo (Big-bang), se liberó gran cantidad de energía y se elevó enormemente la temperatura. En aquellos momentos la materia era inestable y lo único existente eran partículas subatómicas, en constante movimiento.Cuando las temperaturas descendieron estas partículas disminuyeron la velocidad de su movimiento y comenzaron a reaccionar unas con otras, dando lugar a distintos átomos o elementos químicos. Estas combinaciones diferentes de elementos químicos tenían diferentes propiedades. Hoy ya se sabe que los ÁTOMOS se combinan de diferentes maneras dando lugar a MOLÉCULAS, que a su vez pueden agruparse dando COMPLEJOS MOLECULARES. Estos átomos, moléculas y complejos moleculares pueden constituir tanto materia orgánica viva como materia inerte. ¿Qué es lo que determina que una materia sea viva?La materia viva posee un nivel de organización de los complejos moleculares exclusivo, que ha dado lugar a CÉLULAS, que se agrupan a su vez formando TEJIDOS, los cuales dan lugar a ÓRGANOS, que a su vez constituyen de manera agrupada APARATOS, cuyo conjunto opera como un SISTEMA, dando lugar el conjunto de los sistemas a un ORGANISMO.

• Taxonomía: Ordena y clasifica a los seres vivos según su parentesco.• Citología: Estudia las células.• Parasitología: Estudia los parásitos.• Embriología: Investiga el desarrollo del nuevo ser desde la fecundación hasta el estado adulto• Anatomía: Estudia las estructuras que forman a los seres vivos.• Fisiología: Estudia el funcionamiento de los organismos.• Histología: Estudia los tejidos.• Antropología: Estudia al hombre física y moralmente.• Ornitología: Estudia las aves.• Bacteriología: Estudia las bacterias.• Virología: Examina los virus.• Biofísica: Estudia el comportamiento de la materia en el medio biológico.• Biotecnología: Estudia la biología con aplicaciones tecnológicas.• Ecología: Estudia las interrelaciones que se establecen entre los seres vivos y su ambiente.

TEMA 1 LA BIOLOGÍA. LA ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA. LA CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS. EL MUNDO ORGÁNICO. LOS PRINCIPIOS INMEDIATOS INORGÁNICOS. FENÓMENOS ASOCIADOS AL AGUA Y LAS SALES MINERALES: LA ÓSMOSIS. EL pH.

La organización de los seres vivos no acaba aquí sino que estos entran a formar parte de una POBLACIÓN, que a su vez conviven dentro de una COMUNIDAD, que forma parte de un todo, denominado ECOSISTEMA ubicado en alguna parte de la capa más externa de la Tierra que es la BIOSFERA.

CARACTERÍSTICAS COMUNES DE TODOS LOS SERES VIVOS

1. Todos los seres vivos poseen CÉLULAS2. Todos los seres vivos se caracterizan por su INDIVIDUALIDAD, esto es, están

aislados del medio que les rodea, por medio de membranas con permeabilidad selectiva.

3. Todos los seres vivos tienen material genético en el interior de las células, con capacidad de AUTODUPLICARSE y que contiene información genética hereditaria.

4. Todos los seres vivos son capaces de transformar energía (energía química) en materia (materia orgánica) dentro de las células y viceversa, gracias a esta capacidad decimos que todos los seres vivos poseen METABOLISMO CELULAR.

5. Todos los seres vivos mantienen constante su medio interno, aunque el medio ambiente externo sea desfavorable, esta capacidad es conocida como HOMEOSTÁSIS.

6. Todos los seres vivos presentan funciones de relación, nutrición y reproducción.

CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS

Existen millones de especies en nuestro planeta. Para facilitar el estudio de estas especies ha sido necesario crear sistemas o métodos que permitan realizar ordenaciones por grupos. La primera persona que realizó una clasificación de los seres vivos fue Aristóteles (s. IV a.c), aunque el estudio sistematizado y moderno que permitió agrupaciones jerárquicas fue la taxonomía propuesta por Carl von Linné, que emplea la nomenclatura binomial y que permanece aún en la actualidad. Los taxones aceptados en la actualidad son:Reino-Filo-Clase-Orden-Familia-Género-EspecieEl ser humano, por ejemplo, se clasificaría taxonómicamente de la siguiente manera:Animal-cordado (vertebrado)-mamífero-primate-hominido-homo-sapiens

Se acepta universalmente que existen 5 reinos: Monera, Protoctistas, Hongos, Vegetales y Animales.

REINO CARACTERÍSTICAS

Monera Seres unicelulares que carecen de núcleo (procariotas), por tanto su organización es simple y no pueden originar organismos pluricelulares. Nutrición autótrofa o heterótrofa

Protista Seres eucariotas unicelulares (diatomeas) o coloniales (G. Volvox). Pueden ser heterótrofos (dinoflagelados) o autótrofos (algas). Al igual que los vegetales muchos, son productores primarios, pero de ellos se alimentan básicamente los seres acuáticos.

Hongos Seres generalmente pluricelulares (aunque hay formas unicelulares, como las levaduras), que viven gracias a la descomposición de materia orgánica, por tanto son heterótrofos

Vegetales Comprende a seres pluricelulares con capacidad fotosintética, es decir, autótrofos. Son por tanto los seres vivos capaces de transformar la energía del sol en materia orgánica, constituyendo el primer eslabón de la cadena trófica (productores primarios).

Animales Seres pluricelulares, heterótrofos. Reino más joven del planeta, aunque existen seres muy primitivos, como los anélidos (gusanos), los insectos y en general todos los invertebrados.

Los 5 Reinos (según Whittacker)

Existen otras clasificaciones para agrupar los diferentes seres vivos. Uno de los más aceptados son los tres Dominos de Carl Woese; Archaea, Bacteria y Eukarya, cuyo ancestro común es LUCA (siglas en inglés de “primer ancestro universal”).

EL MUNDO ORGÁNICO

La materia viva está compuesta por materia inorgánica (BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS) y orgánica (BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS). Todos los compuestos orgánicos y muchos inorgánicos poseen una estructura tridimensional. Las diferentes estructuras y características de los compuestos que forman la materia viva los estudia la BIOQUÍMICA.Se considera materia orgánica todo aquello que está constituido por carbono.El carbono es el componente esencial del mundo orgánico (=idoneidad del carbono) debido a los siguientes motivos:

Forma enlaces suficientemente fuertes con otros elementos de forma que crea moléculas estables, pero a su vez son susceptibles de romperse sin demasiada dificultad para originar moléculas más simples, de cuya ruptura se obtiene gran cantidad de energía, muy útil para el metabolismo de las células.

El carbono sobrante de células sale en forma de CO2, con la ventaja de que es gaseoso y soluble en agua con lo que resulta fácil de eliminar

CUESTIÓN: ¿Por qué no fue el Silicio, muy parecido químicamente al Carbono, el elemento más común que formara parte de las moléculas orgánicas que, sin embargo, apenas está presente?

LAS BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

1-. EL AGUA

Estructura del aguaEl agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno, siendo su fórmula empírica (H2O) n. Presenta dos tipos de enlaceCovalente: Entre los átomos de H y los de OPuentes de hidrógeno: Entre los H de las diferentes unidades moleculares

Debido a la unión de esos elementos (H y O) con diferente electronegatividad y a sus tipos de enlace, esta molécula posee unas características poco frecuentes:• Forma un ángulo de 104,5º.• Es una molécula neutra.• La molécula de agua, aun siendo neutra, forma un dipolo, esto es, aparece una zona con un diferencial de carga positivo en la región de los Hidrógenos, y una zona con diferencial de carga negativo, en la región del Oxígeno.• El dipolo facilita la unión entre moléculas, formando puentes de hidrógeno, que unen la parte electropositiva de una molécula con la electronegativa de la otra.

Las propiedades del aguaEl agua tiene propiedades especiales que derivan de su singular estructura. Estas propiedades son:

• Alto calor específico: para aumentar la temperatura del agua un grado centígrado es necesario comunicarle mucha energía para poder romper los puentes de hidrógeno que se generan entre las moléculas.• Alto calor de vaporización: el agua necesita absorber mucha energía para pasar del estado líquido al gaseoso.

• Alta tensión superficial: las moléculas de agua están muy cohesionadas por acción de los puentes de hidrógeno. Como las moléculas de agua están tan juntas se dice que el agua es incompresible.• Capilaridad: el agua tiene capacidad de ascender por las paredes de un capilar debido a la elevada cohesión molecular.• Alta constante dieléctrica: la mayor parte de las moléculas de agua forman un dipolo, con un diferencial de carga negativo y un diferencial de carga positivo.• Bajo grado de ionización: la mayor parte de las moléculas de agua no están disociadas. Sólo un reducido número de moléculas sufre disociación, generando iones positivos (H+) e iones negativos (OH-). En el agua pura, a 25ºC, sólo una molécula de cada 10.000.000 está disociada, por lo que la concentración de H+ es de 10-7. Por esto, el pH del agua pura es igual a 7.• La densidad del agua: en estado líquido, el agua es más densa que en estado sólido y es por ello, el hielo flota en el agua. Esto es debido a que los puentes de hidrógeno formados a temperaturas bajo cero unen a las moléculas de agua ocupando mayor volumen.

La importancia biológica del agua: Funciones en los seres vivos

La molécula de agua es la más abundante de toda la materia viva, llegando a formar parte del 95% del peso en algunos organismos, como en algas y en medusas, en humanos llega al 63%). Esta abundancia se debe a la multitud de propiedades, que hace que los SSVV aprovechen esta molécula para muchas funciones. Algunas de estas propiedades son:

• Es el disolvente polar universal: el agua, debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor disolvente para todas aquellas moléculas polares. Sin embargo las moléculas apolares no se disuelven en el agua.• Constituye un buen lugar donde se realizan reacciones químicas: debido a ser un buen disolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de ionización, aunque cuando se ioniza da lugar a OH- y H+, lo que hace que se contrarresten los efectos de los ácidos y las bases.• Posee una función estructural: por su elevada cohesión molecular y tensión superficial, el agua confiere estructura, volumen y resistencia.• Función de transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada constante dieléctrica, y por poder ascender por las paredes de un capilar, gracias a la elevada cohesión entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte por su interior.• Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el agua sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento (por ejemplo: líquido sinovial de las articulaciones)• Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor de vaporización el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario.

2-. LAS SALES MINERALES

Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disuelta en forma de iones o asociada a otras moléculas.1 Precipitadas

Las sales se forman por unión de un ácido con una base, liberando agua. En forma precipitada forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee. -Funciones son básicamente estructurales:

Carbonato cálcico (CaCO3) presente en las conchas, los caparazones, esqueletos, estromatolitos marinos de las cianobacterias…

Fosfato calcio (PO4)2 Ca3, en huesos y dientes de vertebrados Sílice (SiO2) en esqueletos de diatomeas y espículas de esponjas.

2 DisueltasLas sales disueltas en agua dan lugar a aniones y cationes. Los cationes más abundantes en la composición de los seres vivos son Na+, K+, Ca2+, Mg2+... Los aniones más representativos en la composición de los seres vivos son Cl-, PO43-, CO32-... -Funciones de las sales disueltas son múltiples:

Mantener el grado de grado de salinidad. Amortiguar cambios de pH, mediante el efecto tampón. Controlar la contracción muscular Producir gradientes electroquímicos Estabilizar dispersiones coloidales.

3 Asociadas a otras moléculasLos iones pueden asociarse a moléculas, permitiendo realizar funciones que, por sí solos no podrían realizar, y que tampoco realizaría la molécula a la que se asocia, si no tuviera el ión. La hemoglobina es capaz de transportar oxígeno por la sangre porque está unida a un ión Fe++. Los citocromos actúan como transportadores de electrones porque poseen un ión Fe+++. La clorofila captura energía luminosa en el proceso de fotosíntesis por contener un ión Mg++ en su estructura.

FENÓMENOS ASOCIADOS AL AGUA Y A LAS SALES MINERALES: LA ÓSMOSIS

El agua está presente en todas nuestras células, actuando como disolvente de las sales minerales, siendo éstas el soluto. Se dice pues que las sales minerales en el agua forman DISOLUCIONES.Existen sustancias o moléculas en las células que no tienen la capacidad de disolverse en el agua (lípidos, proteínas, hidratos de carbono…) y forman DISPERSIONES COLOIDALES (son más viscosas que las disoluciones, mayor capacidad de adsorbente y presenta el efecto Tyndall)

La ósmosis tiene lugar cuando, dos medios (o dos disoluciones) que están separados por una membrana semipermeable, presentan diferentes concentraciones de sales minerales disueltas, de forma que cuando una de ellos presenta más concentración de iones (hipertónica), el otro medio (hipotónico) pierde agua a favor de aquél, hasta conseguir un equilibrio en las concentraciones de ambos (hasta conseguir medios isotónicos).

EJEMPLOS:

Cuando una célula se encuentra en un medio hipertónico, ésta pierde agua y se arruga hasta que se rompe su membrana -> plasmólisisCuando una célula se encuentra en un medio hipotónico, ésta gana agua y se hincha, rompiéndose también su membrana ->turgencia

CUESTIÓN: ¿Por qué el agua de mar no quita la sed? o ¿Por qué las plantas pueden absorber grandes cantidades de agua del suelo?

MEDIDA DE LA CONCENTRACIÓN DE PROTONES EN UNA DISOLUCIÓN: EL pH

Antiguamente se decía que una disolución era ácida (pH bajo) cuando su sabor era parecido al vinagre y básica (pH elevado) cuando su sabor era parecido al de la sosa (o lejía). En el año 1909 Sörensen estableció el concepto de pH. El pH puede definirse como el logaritmo decimal cambiado de signo, de la concentración de iones hidronio:

pH= -log [H3O+]

Los valores de pH oscilan entre 0 y 14, distinguiéndose tres tipos de disoluciones: ácidas (pH<7), neutras (pH=7) y básicas (pH>7).

Todos los seres vivos mantienen constante el pH de su medio interno gracias a las sales minerales disueltas que constituyen las DISOLUCIONES TAMPÓN.

CUESTIÓN: Sabrías responder a la pregunta de porqué cuando una persona presenta acidez de estómago, tras una comida, se le recomienda el consumo de bicarbonato.

¿Sabías que los ácidos disuelven las sales minerales? Puedes comprobarlo dejando un huevo cubierto en vinagre, en un vaso, durante 3-4 días.

EJERCICIO: Realizar definiciones de los siguientes conceptos: Ósmosis, permeabilidad selectiva, pH, carbonato cálcico, biomoléculas inorgánicas y disolución tampón.