UNITAT DIDÀCTICA 1-EL PATRIMONI BIOLÒGIC

ÍNDEX

0. Introducció pàg. 3

1. Nivells d’organització pàg. 3

2. La cèl·lula pàg. 5

2.1. Classificació del tipus de cèl.lules pàg.5 - Cèl.lula unicel·lular -Cèl.lula pluricel·lular - Cèl.lula procariota

-Cèl·lula eucariota -Cèl.lula vegetal i animal

3. Funcions cel.lulars i dels éssers vius pàg. 6

3.1. La funció de nutrició pàg. 6

-Tipus de nutrició pàg. 7

3.2. La funció de relació pàg. 73.3. La funció de reproducció pàg. 7

4. El material genètic pàg. 8

4.1. Les mutacions pàg. 94.2. De la genètica a l’enginyeria genètica pàg. 10

4.3. Clonació pàg. 10 -Tipus de clonació pàg.11

2

U.1-COM ESTAN FORMATS ELS ÉSSERS VIUS0-IntroduccióQuè és un ésser viu? Com podríem definir el què és un ésser viu? Quines característiques són les que ens fan diferenciar un ésser viu d’un inert o no viu?

Estem acostumats a pensar en les plantes i en els animals quan ens parlen d’éssers vius, però no únicament ells ho són. A la Terra trobem moltíssims éssers vius que són molt diferents entre ells; fins i tot podríem assegurar que no tenen res en comú, però tots comparteixen unes característiques: estan formats per una o més cèl·lules i realitzen tres funcions vitals ( nutrició, relació i reproducció).

Així ja podem dir quan un ésser és viu i el podem definir:

Tot ésser viu és un organisme que està format per cèl·lules (una o més) i que realitza tres funcions vitals: es nodreix, es relaciona i es reprodueix.

1. Nivells d’organitzacióEls éssers vius, igual que els inerts estan constituïts per matèria. Aquesta matèria està organitzada en diferents nivells, segons complexitat d’organització,els quals es diferencien en vuit nivells d’organització:

3

1.1.Nivell subatòmicCompren les partícules subatòmiques, partícules molt i molt petites que ja no es poden dividir. Per exemple protons, neutrons i electrons. És a dir, són les partícules que formen els àtoms.

1.2.Nivell atòmicCompren els àtoms Els àtoms formen tota la matèria viva i inert. Els diferents tipus d’àtoms donen lloc als elements (els que es troben a la taula periòdica). Els àtoms més abundants en la matèria viva són el carboni, l’hidrogen, l’oxigen i el nitrogen (C, H, O, N, segons les seves inicials), anomenats bioelements.

1.3.Nivell molecularCompren les molècules, que són la unió de dos o més àtoms. Per exemple les molècules d’aigua, que està formada per dos àtoms de hidrogen i un d’oxigen,etc.

Les molècules que formen part dels éssers vius se’n diuen biomolècules. N’hi ha dos tipus de biomolècules:

-Biomolècules orgàniques, exclusivament de la matèria viva. Són els glúcids, les proteïnes, els lípids i els àcids nucleics.

-Biomolècules inorgàniques, es podem trobar tant en la matèria viva com en la inert . Són l’H2O, les sals minerals.

Els orgànuls cel·lulars també estan inclosos en el nivell molecular.

1.4. Nivell cel·lularCompren les cèl·lules. Per exemple cèl·lules nervioses, cèl·lules musculars, etc

1.5.Nivell pluricel·lularUn organisme pluricel·lular conté milions de cèl·lules molt diferents entre ells.

Les cèl·lules especialitzades en una funció determinada s’agrupen i formen un teixit, com el muscular, el nerviós o l’ossi. El teixits s’uneixen i constitueixen òrgans, com el cor, el fetge o els ossos.

4

Els òrgans, juntament amb els teixits i grups de cèl·lules constitueixen sistemes o aparells, com el sistema nerviós o l’aparell digestiu. Un organisme està format per tots els elements anteriors.

1.6. Nivell de poblacióDiversos organismes de la mateixa espècie que ocupen una mateixa àrea en un temps determinat constitueixen una població.

1.7. Nivell de comunitat o biocenosi:El conjunt de poblacions que conviuen en un medi.

1.8. Nivell d’ecosistema

El conjunt de comunitats que hi ha en una determinada zona (biocenosi) i les relacions que s’estableixen entre elles i entre elles i el medi ambient (biòtop).

2. La cèl·lula

És la unitat més petita dotada de vida pròpia,és a dir que és capaç de realitzar les tres funcions vitals, que són nodrir-se, relacionar-se i reproduir-se.

L’estructural bàsica de totes les cèl·lules hi ha tres parts ben diferenciades: la membrana plasmàtica, el citoplasma i el nucli.-La membrana plasmàtica: és la fina capa que separa la cèl·lula de l’exterior.

5

-El citoplasma: és el contingut de la cèl·lula. Està constituït per un líquid viscós on hi ha estructures anomenades orgànuls. També hi ha el m a t e ri a l genè ti c (ADN), que conté la informació hereditària que passa d’una cèl·lula a la cèl·lula.

2.1. Classificació del tipus de cèl·lules

-Segons el nombre de cèl·lules que formen un organisme, els éssers vius es poden classificar en: unicel·lulars i pluricel·lulars.

- Éssers vius unicel·lulars: estan formats per una sola cèl·lula. Exemples són els bacteris i els protozous.- Éssers vius pluricel·lulars:estan formats per moltes cèl·lules. Com exemples d’éssers pluricel·lulars tenim les plantes i els animals.

-Segons si tenen o no nucli, les cèl·lules poden ser: procariotes i eucariotes.

-Cèl·lules procariotes: són les cèl·lules que no tenen nucli , és a dir, són les que presenten el seu ADN dispers pel citoplasma. Només les trobem en dos grups de microorganismes: bacteris i cianobacteris.

- Cèl·lules eucariotes: són les cèl·lules que tenen nucli , és a dir son les que presenten el seu ADN (material hereditari) dins la membrana nuclear.

Dins de les cèl·lules eucariotes es poden distingir dos grans tipus cel·lulars: el tipus cèl·lula animal i el tipus cèl·lula vegetal

6

Cèl·l ula v e g etal

Les cèl·lules vegetals són les de les algues i plantes.

-La pa r et c e l ·lular, (exclusiva) és una paret rígida que manté la forma de la cèl·lula i li dóna resistència.-Els cloroplats són orgànuls exclusius, que contenen la clorofil·la I s’encarreguen de realitzar la fotosíntesi.-El s v acú o l s són cavitats on s’emmagatzemen substàncies de reserva i de rebuig. Encara que també hi són en les cèl·lules animals, en les cèl·lules vegetals és més gran (un sol) i ocupa bona part del citoplasma, això fa que el nu c l i quede desplaçat cap a un costat.-Tenen forma polièdrica.

Cèl· lula anim al

Les cèl·lules animals es troben en els animals i en els éssers vius unicel·lulars que no fan la fotosíntesi.

-El centríols són orgànuls exclusius.-El s v acú o l s són més petits que en la cèl·lula vegetal i són nombrosos.-E l nuc l i ocupa normalment una posició central.-Tenen diverses formes: esfèriques, cúbiques,etc.

3-Funcions cel.lulars dels éssers vius

- Fun c i ó d e nu t ri c i ó La nutrició és el procés mitjançant el qual la cèl·lula obté matèria i energia de l’exterior i la transforma per fer les seves activitats vitals o per produir la seva pròpia matèria.

Tipus de nutricióSegon com els organismes obtenen la matèria i energia necessàries per mantenir l’activitat de les cèl.lules podem diferenciar dos tipus de nutrició:

7

Nutri ci ó aut òtr of a: consisteix a produir els compostos orgànics que necessita la cèl·lula mitjançant la fotosíntesi, és a dir, a partir de la matèria inorgànica i de l’energia lumínica del Sol.

Aquesta nutrició la realitzen els vegetals, les algues i alguns bacteris (cianobaceris).

Els vegetals prenen la matèria inorgànica, l’aigua i les sals minerals del sòl i ho porten a les parts verdes de la planta. El diòxid de carboni de l’aire entra pels estomes de les fulles. Totes aquestes substàncies entren en els cloroplasts de les cèl·lules. En els cloroplasts es realitza la f o t os í n t es i , és el procés d’obtenció d’energia mitjançant el qual les substàncies inorgàniques (aigua, diòxid de carboni i sals minerals) es transformen en matèria orgànica (aliment) per l’acció de la llum solar.

Energia lumínica

8

Diòxid de carboni (CO2)+ Sals minerals+ Aigua (H2O) Oxigen(O2) +Glucosa (sucres) (matèria inorgànica)

Nutri ci ó het er òtr of a consisteix a produir els compostos orgànics que necessita la cèl·lula a partir de la matèria orgànica produïda per altres éssers vius, vegetals o animals. Realitzen aquest tipus de nutrició els animals, els fongs, protozous i bacteris no fotosintètics.

L a r es p ir a c i ó és el procés mitjançant el qual els nutrients orgànics s’oxiden i s’obté l’energia que després utilitza la cèl·lula per fer les seves activitats vitals. La respiració és el procés contrari al procés de fotosíntesi.l nutrient principal és la glucosa, que reacciona amb l’oxigen i es transforma en diòxid de carboni, aigua i energia.

Nutri ci ó het er òtr of a consisteix a produir els compostos orgànics que necessita la cèl·lula a partir de la matèria orgànica produïda per altres éssers vius, vegetals o animals. Realitzen aquest tipus de nutrició els animals, els fongs, protozous i bacteris no fotosintètics.

L a r es p ir a c i ó és el procés mitjançant el qual els nutrients orgànics s’oxiden i s’obté l’energia que després utilitza la cèl·lula per fer les seves activitats vitals. La respiració és el procés contrari al procés de fotosíntesi.l nutrient principal és la glucosa, que reacciona amb l’oxigen i es transforma en diòxid de carboni, aigua i energia.

Glucosa+ Oxigen (O2) CO2 + H2O + Energia

La f e r m en t a c i ó és la respiració sense oxigen. Alguns exemples de cèl·lules que fan fermentació són els bacteris que produeixen el vi, el pa o el iogurt.

- L a f un c i ó d e r e l ac i ó

Engloba tots els processos pels quals els éssers vius es relacionen entre si I amb el medi en què viuen.

- L a f un c i ó d e r e p r odu cc i ó

Aquesta funció és aquella que permet que d’una cèl.lula s’originin cèl.lules noves.Tipus:

-La reproducció asexual :és aquella en què intervé un sol individu I en la que els descendents són genèticament idèntics al progenitor, és a dir tenen la mateixa informació en el seu ADN.

Exemples: una branca de gerani que es trenca i es planta en terra, una estrella de mar,…

L'i ncon v en i ent és la falta de variabilitat de l'espècie i, per tant, la poca flexibilitat que presenta davant possibles canvis de les condicions ambientals. Avantatges:- No necessita el reconeixement i encontre dels dos sexes. Només cal un individu per donar descendència.-Procés ràpid i senzill

-La reproducció sexual: és aquella en què interven dos individus de la mateixa espècie i diferent sexe i els descendents són diferents als progenitors i entre ells.

Exemples: els mamífersL'i ncon v en i ent procés lent i més costós .

Avantatges: dóna lloc a variacions de la població que permeten que els individus s’adaptin a les condicions ambientals per exemple permetent l’evolució de les espècies.

4. El material genèticLa informació sobre la forma i el funcionament dels éssers vius s’ha de transmetre de generació en generació. Aquesta informació es troba en el material genètic o material hereditari.

Podríem dir que el material genètic és com un gran manual d’instruccions on hi ha recollida tant la informació de com s’ha de construir l’organisme, com la informació sobre les funcions que han de dur a terme totes les cèl·lules al llarg de la seva vida.

9

El material genètic o ADN (àcid desoxiribonucleic) és una molècula intregada per dues cadenes enrotllades en espiral al voltant d’una eix imaginari que formen una doble hèlix.

Quan l’ADN està descondensat forma a la cromatina i quan està condensat dóna lloc als cromosomes.

Quants cromosomes tenim l’espècie humana?

En cada cromosoma hi ha un nombre determinat de gens. Un gen és un fragment d’ADN, que portad p o r t a l a informació genètica per a un caràcter determinat.

El genoma és el conjunt complet de gens d’un organisme.

4.1- Les mutacions

10

Les mutacions són canvis a l’atzar que es produeixen en el material genetic (ADN) d’un organisme. Comporten un aspecte positiu ja que aporten variabilitat a la població i això ha permès l’evolució de les espècies.

Les mutacions poden aparèixer espontàniament (mutacions naturals) o poden ser provocades artificialment (mutacions induïdes) per mitjà de radiacions i determinades substàncies químiques, que s’anomenen agents mutàgens.

Tipus de mutacions:

1-Segons l’efecte sobre l’individu:

Perjudicials, impliquen un desavantatge per a la supervivència de l’individu.

Beneficioses: impliquen un avantatge per a la supervivència de l’individu.

Neutres: no afecten a la supervivència de l’organisme.

Ex: La mosca del vinagre (mida de les ales)

2-Segona la classe de cèl·lules afectades:

Somàtiques: afecten a les cèl·lules somàtiques, no es transmeten a la descendència, no són heretables.

Germinals: afecten els gàmetes( òvuls i espermatozoides), no es manifesten en l’individu mateix, però són heretables.

3-Segons l’extensió del material genètic afectat:

Gèniques

Cromosòmiques

Genòmiques: produeixen una variació respecte al nombre total de cromosomes d’una espècie.

Ex:- Síndrome de Down (trisomia 21)

-Síndrome de Klinefelter (trisomia XXY) : homes d’aspecte eunuc, gònades infantils, discapacitat en l’aprenentatge

Entre les malalties relacionades amb les mutacions puntuals en l’home tenim: anèmia falciforme, albinisme, enanisme, hipodoncia (absència de fins 6 dents), càncer de colon, càncer de tiroides, càncer de pàncrees, polidactilia, hipertensió arterial, diabetis…

4.2-De la genètica a l'enginyeria genètica

L’enginyeria genètica és la ciència biològica que tracta de la manipulació dels gens. L’aplicació dels coneixements de l’enginyeria genètica constitueix la

11

b i o t ecno l o g i a , és la utilització d’éssers vius o parts d’ells, per tal d’obternir productes d’interés per a les persones.

Alguns usos de la biotecnologia: Producció de substàncies terapèutiques (hormona insulina (bacteris)) Producció d’aliments (aliments transgènics) Bioremediació ( descomposició d’hidrocarburs , vessament de petrol ( bacteris

I fongs)).

4.3-Clonació

La clonació és el procés de crear una còpia o més idèntiques a l’original. Tipus:

-Cl onaci ó r epr oducti va

La clonació és la reproducció no sexual d'individus genèticament idèntics a un individu original. Com hem dit, es poden clonar gens, cèl·lules o organismes.

Un dels casos més espectaculars de clonació fou el de l'ovella Dolly. Al febrer de 1997, l'investigador britànic Ian Wilmut i els seus col·legues van anunciar que, amb un nou tipus de biotecnologia, havien aconseguit una ovella genèticament idèntica a una altra; havia nascut el juliol de 1996.

El mètode de clonació més freqüent consistia, anteriorment, en «tallar» en dos un embrió proveta resultant de la unió d'un òvul i un espermatozoide i, tot seguit, implantar les dues meitats en mares portadores per la seva gestació: s'obtenien dos individus clons. El mètode emprat en la fabricació de l'ovella Dolly era revolucionari; no calia passar per un embrió proveta obtingut d'un òvul i un espermatozoide.

L'ovella Dolly fou resultat de la unió del nucli d'una cèl·lula de glàndula mamària d'una ovella (l'animal que es vol clonar) i d'un òvul al que prèviament se li ha extret el nucli. Òvul i nucli s'implanten a una mare portadora per a la gestació. Per clonar l'ovella Dolly van caldre 277 embrions, dels quals 29 foren transferits a una ovella femella, aconseguint-se només 13 embarassos i un sol naixement.

La clonació d'animals, si es prenen les precaucions i no s'afecta a la biodiversitat, podria ser beneficiosa. Però els temors s'aguditzen quan s'insinua la possibilitat de clonació d'individus humans; possibilitat prohibida per la legislació de molts països i per la Declaració Universal sobre el Genoma Humà i els Drets Humans.

12

Ara bé, el fet que la ciència quasi sempre ha avançat transgredint límits i el secret en que es porten moltes investigacions, pot generar sospites sobre el respecte els límits ètics.

Recordem que en les clonacions d'animals un nombre important d'embrions no arriben a néixer o porten a animals amb deformitats. L'aplicació d'aquesta tècnica als éssers humans implica el risc de crear humans amb notables deformitats. La clonació reproductiva humana quan sigui tecnològicament viable, s'obrirà un nou debat ètic de gran repercussió pel futur de la humanitat.

-Cl onaci ó t er apèuti ca, l es cèl ·l ul es m are

La clonació terapèutica és la generació de cèl·lules mare embrionàries genèticament idèntiques a les d'un pacient que, un cop diferenciades i transformades en cèl·lules especialitzades (teixits), es trasplantaran al mateix pacient sense risc de rebuig. Es produeix una regeneració cel·lular d'un pacientmitjançat transferència de material cel·lular propi.

La recerca en aquest tipus de clonació està en marxa. Recordem que el novembre de 2001, l'empresa Advanced Cell Technology comunicava que ja havia realitzat la primera clonació d'un embrió humà amb objectiu terapèutic. Força biòlegs afirmen que les investigacions en l'àmbit de les cèl·lules mare marcaran la biologia de la propera dècada. Els beneficis terapèutics semblen molt elevats; però, per altra banda, es denuncia la destrucció de gran nombre d'embrions humans en aquest procés d'investigació. Pel seus detractors és una clonació humana semblant a la clonació reproductiva; pels seus partidaris, clonació reproductiva i clonació terapèutica són ben diferents.

13