Fines Biologia Cuadernillo, Monografías, Ensayos de Biología

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Fecha de catalogación: 22/05/

BIOLOGÍA Coordinadora Pedagógica de la Dirección Nacional de Fortalecimiento y Ampliación de Derechos Educativos Paula Grad

Dirección Nacional de Gestión Educativa Directora: Delia Méndez

Coordinadora de Áreas Curriculares Cecilia Cresta

Autoría: Verónica B. Corbacho, Lucía D. Galotti, Antonio Gutierrez Supervisión de contenidos y lectura crítica: Nora Bahamonde, Mariana Rodriguez Lectura pedagógica: Cecilia Bertrán Coordinación autoral: Florencia Zyssholtz

Coordinador de Materiales Educativos Gustavo Bombini Subcoordinadora: Alicia Serrano Responsable de publicaciones: Gonzalo Blanco Edición: Fernando Schneider Diseño y diagramación: Verónica Codina, Rafael Medel López y Leda Rensin Producción de archivos históricos: Belén Noceti Ilustración: Mariano Pais y Diego Vaisberg

© 2015, Ministerio de Educación de la Nación Pizzurno 935, CABA República Argentina 1ª edición: julio de 2015 Hecho el depósito que marca la ley 11.

Argentina. Ministerio de Educación de la Nación Biología. - 1a ed. - Ciudad Autónoma de Buenos Aires : Ministerio de Educación de la Nación, 2015. 212 p. : il. ; 29x21 cm.

ISBN 978-950-00-1092-

1. Enseñanza Media. 2. Educación de Adultos. CDD 373

BIOLOGÍA

Estudiante:

Parte 1: Diversidad y unidad de los seres vivos: el caso del organismo humano ....... 9 Introducción ................................................. 10 ¿Cómo estudiamos el organismo humano? ................................. 10 El organismo humano: una máquina o un sistema ................................................ 10 El cuerpo humano como sistema abierto .... 12

Unidad 1: La función de nutrición en el organismo humano ........................... 13 ¿En qué consiste la función de nutrición? .. 14 El sistema digestivo ............................... 15 El tubo digestivo y las glándulas anexas ... 16 El proceso digestivo ............................... 16 Requerimientos nutricionales en el organismo humano ................................ 20 El sistema respiratorio ................................ 22 Algunos conceptos básicos: respiración, ventilación e intercambio gaseoso ........ 22 El recorrido del aire ............................... 23 El intercambio gaseoso ......................... 24 Cómo ingresa el aire a los pulmones .... 25 El sistema circulatorio ................................ 26 Estructura del sistema circulatorio humano ..................................... 26 Funcionamiento del sistema circulatorio humano ............................... 27 Componentes del sistema circulatorio. 28 ¿Cómo circula la sangre? ...................... 30 Excreción en el organismo humano ........... 32 Componentes del sistema urinario humano ........................................... 32 Formación de la orina ............................ 33

Unidad 2: La función de relación y control en el organismo humano ........................... 37 ¿Cómo controla el organismo los procesos que ocurren en su interior? ........ 38 El sistema nervioso ..................................... 41 ¿Cómo se organiza el sistema nervioso? .. 42 ¿Cómo funciona el sistema nervioso? .. 45 El sistema endocrino ................................... 46

Glándulas endocrinas y sus funciones .... 48 Sistema inmune ........................................... 49 Inmunidad natural ................................. 50 Inmunidad específica ............................. 51 Inmunidad artificial ................................ 51 El sistema osteoartromuscular .................. 53 Estructura y funcionamiento del sistema osteoartromuscular ................. 53 Subsistema óseo .................................... 54 Composición de los huesos ................... 55 Subsistema muscular ............................ 56 Estructura y tipos de los músculos ....... 56 Subsistema articular ............................. 57

Unidad 3: La función de reproducción en el organismo humano ........................... 61 ¿Cómo se mantiene la continuidad de la especie? .............................................. 62 El sistema reproductor humano ................. 62 Sistema reproductor masculino ............ 62 Desarrollo sexual y regulación hormonal masculina .............................. 64 Formación de gametas masculinas ...... 64 Sistema reproductor femenino............... 65 Desarrollo sexual y regulación hormonal femenina ................................ 66 Hormonas femeninas y ciclo menstrual .. 67 Fecundación y embarazo ....................... 69 Sexualidad y salud ....................................... 71 Planificación y derechos reproductivos ... 71 ¿Qué factores son importantes para ejercer plenamente la sexualidad? ....... 73

Unidad 4: Los seres vivos y la diversidad funcional y estructural ............................... 77 El porqué de la clasificación ....................... 78 ¿Cómo funcionan los seres vivos? .............. 81 La obtención de energía, su uso y aprovechamiento ................................. 81 Reproducción ......................................... 83 La función de autorregulación en los seres vivos ................................... 84 La función de relación en los seres vivos .. 84

ÍNDICE

Parte 2: Biología molecular y genética. Aplicaciones biotecnológicas .................... 87 Introducción ................................................. 88

Unidad 5: ADN, genes, fenotipo y ambiente .. 89 Las características de los organismos: genes y ambiente ........................................ 90 No somos nuestros genes. El papel del ambiente ................................................ 94 Gregor Mendel y los primeros pasos en la genética moderna .............................. 98 ¿En que consistieron sus investigaciones? .............................. 98 Los rasgos de los organismos se relacionan con las proteínas ....................... 100

Unidad 6: El camino hacia el ADN ............. 105 Las primeras evidencias que relacionan genes y proteínas ....................................... 106 Los genes están en los cromosomas: la teoría cromosómica de la herencia ........ 108 Algunas evidencias acerca de la localización de los genes ....................... 108 ¿Cuál es la composición de los genes? ¿ADN o proteínas? ....................................... 111 Los neumococos de Griffith: las bacterias pueden transformarse ..... 112 Las investigaciones de Oswald Avery .... 114 Las experiencias de Hershey y Chase con virus bacteriófagos .......................... 115

Unidad 7: Un modelo para el ADN ............ 117 Las reglas de Chargaff ................................ 118 Hacia el modelo de la doble hélice ............. 120 El modelo de Watson y Crick ...................... 125 El ADN, el ARN y las proteínas son polímeros .............................................. 127

Unidad 8: El flujo de la información genética ....................................................... 129 El dogma central de la biología molecular .... 130

El código genético ....................................... 132 Las mutaciones modifican el mensaje ....... 135 Las tecnologías de ADN recombinante también pueden modificar el mensaje de manera artificial ..................................... 137 Las tecnologías de ADN recombinante. La producción de la insulina humana ... 138

Unidad 9: La ingeniería genética en plantas y animales ................................ 143 La biotecnología en la agricultura .............. 144 Animales transgénicos ................................ 146 Salmones e ingeniería genética ............ 148 ¿Clonar organismos? Clonación y genética animal ........................................ 149 Riesgos y beneficios. ¿Se regulan los productos biotecnológicos? ................... 152

Unidad 10: Genética, salud y sociedad ..... 155 Secuenciar ADN .......................................... 156 Proyecto Genoma Humano ......................... 156 Diagnóstico médico ..................................... 157 Cura de enfermedades. Terapias génicas .. 159 La tecnología del ADN como herramienta para la medicina forense ............................ 162 La fertilización asistida ............................... 164 La genética y las Abuelas de Plaza de Mayo .. 166

PARTE 1

Diversidad y unidad de los

seres vivos: el caso del

organismo humano

PARTE 1 11

¿Qué es un sistema? Un sistema es todo ente físico o mental constituido por un conjunto de componentes que mantienen interacciones entre sí. Presenta una organización que regula los cambios, de modo de mantener su identidad. Son sistemas, por ejemplo, un átomo, el universo, una célula, una maquinaria, una unidad, el álgebra, una composición musical, la economía, el cuerpo humano, una pintura. (Pedro Cañal, 2008)

Resulta sumamente importante aclarar que un sistema no tiene existen- cia real sino que lo constituimos y definimos para su estudio. Así, por ejemplo, si quisiéramos estudiar el ojo, una célula, el sistema digestivo o una máquina eléctrica, debemos definir qué forma parte del objeto o fenómeno y qué es su entorno. Queda claro con esto que los límites del sistema son arbitrarios, es decir que son definidos por las personas.

Imágenes de distintas entidades que se consideran sistemas. Los casos A, B y C y corresponden al organismo humano, el D al corazón.

ACTIVIDAD

1. Presentamos a continuación unas imágenes que representan sistemas. Le pedimos que las analice y luego responda las preguntas planteadas. Es im- portante hacerlo por escrito para luego discutirlo con los demás estudiantes.

a. ¿Cuáles representarían los sistemas en cada caso? ¿Y el entorno? b. ¿Cuáles serían sus componentes? c. Enuncie algunas interacciones que crea que se producen entre el sistema estudiado y el medio. ¿Qué sustancias ingresan y egresan del sistema?

A

C

B

D

12 BIOLOGÍA

El cuerpo humano como sistema abierto

Como se puede deducir del análisis de las imágenes, en todos los casos hay ingreso de materiales, energía e información. Por ejemplo en las imágenes A, B y C el sistema, o mejor dicho la estructura natural compleja que puede ser analizada como sistema es el organismo humano, y sus componentes son los subsistemas, órganos y funciones que se desarrollan en él. La diferencia en el funcionamiento radica sobre todo en las variaciones en el medio interno que provocan las actividades que realiza, los requerimientos e información del entorno y los materiales que ingresan o salen del sistema. Entre las semejan- zas vemos que en todos los casos ingresa y sale aire, se requieren nutrientes para proveer de materiales y energía, el corazón late, y provee de nutrientes para las reacciones metabólicas que se producen en el organismo. Como di- ferencias, en la imagen A el sistema elimina energía como calor, en cambio en la figura B evita su pérdida, en ambos casos para mantener la temperatura dentro de un rango. En el caso de la imagen del corazón (figura D), este sistema podría for- mar parte de cualquiera de los anteriores y su funcionamiento y los intercam- bios dependerán de las actividades y la situación en la que se encuentra el organismo al que pertenece. Podemos definir al ser humano como un sistema abierto, pues inter- cambia materia, energía e información con el medio o ambiente externo.

14 BIOLOGÍA

Los diferentes alimentos contienen distintas proporciones de cada uno de los nutrientes.

¿EN QUÉ CONSISTE LA FUNCIÓN DE NUTRICIÓN?

En la biología el lenguaje es muy específico, por eso, tér- minos que en la vida cotidiana tienen cierto significado, no expre- san la misma idea en el contexto de esta ciencia. Un ejemplo es el término nutriente. En general los nutrientes son comprendidos como alimentos, es decir sustancias relacionadas con el sistema digestivo que cumplen diferentes funciones en el organismo. Los nutrientes presentes en los alimentos son los hidratos de carbono o glúcidos, los lípidos y las proteínas. Pero este término también puede considerarse más ampliamente e incluir como nutrientes el oxígeno, el agua y, en las plantas, el dióxido de carbono.

• Hidratos de carbono: son nutrientes que aportan energía al organismo mucho más rápidamente que los demás. También se los conoce como carbohidratos, glúcidos o azúcares. Están conformados principalmente por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno.
• Proteínas: estos nutrientes intervienen en la construcción del organismo y en la reparación de órganos o tejidos dañados. Corresponden a la mitad del peso del cuerpo, sin agua. Están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno.
• Lípidos: son nutrientes insolubles en agua, presentan gran diversidad de estructuras, forman parte de estructuras, actúan como aislante y reservan energía. Como ocurre con la palabra nutriente, el término nutrición describe más que lo relacionado con los alimentos, y la función de nutrición incluye un conjunto de procesos mediante los cuales ingresan materiales a través del sistema res- piratorio y digestivo, se transforman y se realiza el transporte hasta las células. Esos materiales se usan para obtener energía o en la síntesis de sustancias para el organismo. En las células, estos materiales intervienen en las actividades me- tabólicas, que en conjunto se conocen como metabolismo celular. Se trata de la totalidad de las reacciones químicas que ocurren permanentemente en las célu- las y sustentan la vida. Estas reacciones pueden ser de degradación o anabólicas (reacciones de ruptura: moléculas complejas se rompen para obtener moléculas sencillas y se libera energía) y de síntesis o catabólicas (se construyen sustancias complejas a partir de otras más sencillas, con gasto de energía). Como consecuencia del metabolismo celular se producen diferentes de- sechos, principalmente el gas dióxido de carbono y los productos nitrogenados. El desecho nitrogenado producido por los humanos es la urea, que es uno de los componentes de la orina y es el resultado de la degradación de proteínas. La función de nutrición en el organismo humano, como en casi todo el resto de los animales vertebrados, es llevada a cabo por cuatro sistemas de órganos: el sistema digestivo, el sistema circulatorio, el sistema respiratorio y el sistema excretor, compuesto principalmente por el sistema urinario, aunque órganos de otros sistemas, como la piel, también cumplen con la función de eliminar sustancias de desecho del metabolismo celular.

UNIDAD 1 15

EL SISTEMA DIGESTIVO

Como mencionamos que el proceso de nutrición involucra diferentes ór- ganos y procesos, para su estudio comenzaremos con aquellos que se agrupan en lo que conocemos como sistema digestivo. La naturaleza presenta una gran biodiversidad y algunos seres vivos to- man los nutrientes directamente del entorno que los rodea. En el caso del ser humano, como en otros mamíferos, una de las dificultades que hay que resolver es el ingreso de los nutrientes, su procesamiento y su distribución hasta todas las células. Entonces el primer problema que enfrentamos es comprender cómo se transforma el alimento ingerido en materiales que puedan absorberse para luego distribuirse, y dónde se producen esos procesos.

El siguiente organizador conceptual presenta los sistemas de la nutrición y establece las relaciones entre ellos, por lo que permite visualizar el panorama general de la función de nutrición en el cuerpo humano.

Alimentos

SISTEMA DIGESTIVO

PIEL SISTEMA URINARIO

Materiales no digeridos

Materia fecal

Sudor Orina

Desechos y agua

Materiales digeridos

Oxígeno

Células Dióxido de carbono, desechos y agua

Dióxido de carbono y agua

Aire

SISTEMA RESPIRATORIO

SISTEMA CIRCULATORIO

UNIDAD 1 17

Una vez que los alimentos son deglutidos, pasan a la faringe, que partici- pa en la etapa final de la deglución, y luego son conducidos al esófago, que es un tubo de paredes musculares cuyo movimiento transporta el alimento o bolo alimenticio al estómago. Una vez que los alimentos llegan al estómago comienza la digestión de las proteínas, y de lípidos en menor cantidad. El estómago es un órgano hueco, de paredes musculares y que posee una mucosa que forma la capa interior, con células secretoras de mucus y jugo gástrico. El estómago presenta dos “válvu- las” a la entrada y salida, llamadas cardias y píloro. El cardias está en la parte superior y evita el reflujo del contenido gástrico al esófago y el píloro regula el pasaje hacia el intestino delgado.

Los perros por su dieta carnívora carecen de enzimas digestivas en la saliva. Es por ello que alimentos como los cereales, por ejemplo, maíz, arroz, trigo, no llegan a digerirse completamente, expulsándose en grandes volúmenes de materia fecal. Los humanos al poseer una dieta omnívora, tenemos amilasa salival que produce la pre-digestión de hidratos de carbono antes de pasar al estómago.

La peristalsis o movimientos peristálticos son aquellos movimientos de las paredes de los órganos del tubo digestivo que se producen por la contracción involuntaria de sus músculos. Estos movimientos permiten que el alimento circule a través del tubo debido a la contracción y relajación alternada de los músculos de las paredes de los órganos, en dirección de la boca al ano.

Esquema del movimiento peristáltico.

Contracción peristáltica

Contracción peristáltica

Tiempo cero

Unos segundos más tarde

Alimento

18 BIOLOGÍA

Las paredes del estómago secretan jugo gástrico que posee enzimas, áci- do clorhídrico y moco, este último protege de la acción de los ácidos segregados por las células secretoras. Estos ácidos son irritantes y en los lugares donde se produce un adelgazamiento de la capa de moco pueden producir úlceras. Los alimentos permanecen en el estómago aproximadamente de 1 a 4 horas, dependiendo de sus componentes y su estado. Los líquidos se degradan más rápidamente. Los movimientos musculares en el estómago mezclan los alimentos con las enzimas y ácidos, y facilitan la digestión. El resultado de la digestión en el estómago es una mezcla de materiales llamada quimo en la que ya se han degradado proteínas, algunos lípidos, se ha reducido el tamaño y se han obtenido materiales más sencillos. Una vez finalizada la digestión en el estómago los alimentos pasan al in- testino delgado que se compone de tres regiones diferentes morfológica y fun- cionalmente. La primera porción del intestino delgado se denomina duodeno, tiene forma de C y recibe las secreciones del hígado y el páncreas, que finali- zarán la digestión de los alimentos provenientes del estómago. El hígado se- creta bilis, una sustancia verdosa, formada por sales biliares que emulsionan las grasas, es decir las dividen en porciones más pequeñas. Su acción no es química, sino que actúa como detergente, separando en gotas más pequeñas de sustancias grasas. El páncreas secreta jugo pancreático que tiene dos funciones, disminuye la acidez del contenido que viene del estómago, para que no se lesionen las paredes del tubo digestivo y posee enzimas que actúan sobre las grasas “des- integradas” por la bilis y sobre los azúcares más complejos. Así en el duodeno se completa la mayor parte de los procesos digestivos y en el yeyuno-íleon se produce la absorción de los nutrientes.

Diferencias entre digestión química y mecánica La digestión mecánica consiste principalmente en la trituración o ruptura y mezcla de los alimentos y los movimientos rítmicos de las paredes de los órganos. Es un proceso físico o mecánico donde no se produce un cambio en la composición química de los alimentos. La acción de la bilis es un proceso físico, pues se obtienen grasas de menor tamaño más fácilmente degradables. Lo mismo ocurre con la acción de los dientes que muelen el alimento. Por otro lado, la digestión química , involucra el cambio en la composición de los alimentos y se produce por la acción de ácidos y enzimas. Las proteínas se degradan a sus componentes, los aminoácidos; los hidratos de carbono complejos como el almidón a hidratos más simples y los lípidos a ácidos grasos y glicerol.