Modulo de biología utilizado en la maestria en gestión ambiental del ITBA

1. Maestría en Gestión Ambiental
Módulo Nivelador
B I O L O G Í A
2021
Lic. Alfredo Rosso
arosso@itba.edu.ar
Parte 1

2. Objetivo General:
La biología es la base sobre la que se sustenta el conocimiento,
manejo y gestión de la problemática ambiental. En esta materia se
presentan los conocimientos mínimos necesarios para la
comprensión, aprendizaje y generación de vocabulario técnico
común necesarios para el desarrollo de las materias posteriores de
la Maestría.
1.Niveles de integración en los seres vivos:
Las escalas desde el átomo al organismo.
Leyes, funciones y curvas comunes en los sistemas
biológicos.
El rol de los organismos como contaminadores y como
decontaminadores.
Propiedades emergentes de nivel de integración de un
organismos biológicos: átomos, biomoléculas (Glúcidos,
Lípidos, Proteínas y Ácidos Nucleicos).

3. 2. Estructura y función celular:
La estructura celular básica y sus funciones. El núcleo
celular. El plasma celular y las organelas.
Las barreras con el medio: membrana celular y las pared
celulares.
Diferencias principales entre la células procariota y
eucariota.
Diferencias entre células eucariotas: la célula de protista,
fungi, vegetal y animal

4. 3. El metabolismo de los seres vivos:
Principales biomoléculas.
Las enzimas estructura y función.
Generalidades del metabolismo .Conceptos sobre los
principales metabolismos: Fermentación, Glucólisis,
Fotosíntesis y Síntesis Proteica.

5. 4. Formas de Reproducción:
Las formas de la reproducción: asexual, hermafrodita,
partenogénica y sexual en relación a procariotas protistas,
fungis, vegetales y animales.
Genética humana: Cariotipo

6. 5. Genética:
Replicación, Transducción y Traducción génica.
Concepto y tipos de mutaciones.
Definición estructural y funcional del gen.
Alelos individuales y poblacionales.

7. 6. Evolución:
Conceptos de Especie. Mecanismos de especiación.
Evolución. Micro y macroevolución. Radiación
Diversidad específica. Nociones de taxonomía.

8. Bibliografía general:
Cualquiera de estos dos libros en cualquier edición posterior
al 2000 son altamente recomendables como consulta para
esta materia, para las biológicas posteriores y para tener en
su biblioteca personal (pueden encontrarse en internet)
 BIOLOGÍA
H. Curtis, N. Sue Barnes, S, Schnek, D. Masarini
Ed: Panamericana.
 BIOLOGÍA de Villee
E. Solomon, L, Berg, D. Martín, C. Villee
Ed: Mc Graw Hill.
Ambos son libros básicos de ingreso a las carreras
biológicas, médicas o agropecuarias.

9. Bibliografía específica:
Estos son libros específicos pero no de consulta para esta materia. Son muy
buenos para aquellos que quieran especializarse luego en estos temas.
 BIOLOGÍA MOLECULAR DE LA CÉLULA
B. Alberts, D. Dray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J. Watson. Ed: Omega de Barcelona,
España.
 MICROBIOLOGÍA
Brock, T. – Madigan, M. Ed.: Prentice Hall Hispanoamericana S.A.
 FISIOLOGÍA ANIMAL – ECKERT
Randall, D. – Burggren, W., French, K. Ed.: McGraw-Hill Interamericana
 LOS INVERTEBRADOS: PROTISTAS DE FILIACIÓN ANIMAL
Z. Castellanos, E. Lopreto. Ed: Eudeba Serie Manuales, Argentina.
 ZOOLOGÍA DE LOS INVERTEBRADOS
R. Barnes. Ed: Interamericana. España.
 ZOOLGÍA DE VERTEBRADOS
R. Ziswiller. Tomo I: Anamniotas, Tomo II: Amniotas. Ed: Omega, España
 LA VIDA DE LOS VERTEBRADOS
J. Young Ed: Omega, España.

10. Una reflexión inicial para tener en cuenta en toda su
actividad profesional como profesionales que gestionarán
el ambiente….

11. La Gestión Ambiental (es decir ustedes como ejecutores
de la misma) se enfrenta al problema de decidir gestionar
la sostenibilidad de una especie en particular (El Homo
sapiens actualmente dentro de su fase exponencial del crecimiento
poblacional y desequilibrada en las demandas sobre el ambiente para
sostener su modelo de consumo), asegurando simultáneamente
la supervivencia de la mayor cantidad posible de especies
coexistentes con ella.
En el planeta coexistimos varios millones de especies
demandando simultáneamente energía y materiales
finitos. Pero los humanos vivimos del consumo directo de
sólo unas pocas cientos de ellas (para alimentación y
materiales) y mayoritariamente con sólo unas pocas
decenas.

12. En la medida que la población humana sigue creciendo
en su número: la mayor parte de los problemas
ambientales actuales estaban en 1960 con 3000
millones de personas, en el año 2000 duplicamos a
6000 millones demandando el doble en tan poco
tiempo y superaremos con certeza los 10000 millones
antes de fin de este siglo para luego, si adscribimos a
los modelos con escenarios optimistas, estabilizarnos
en ese valor.
Esta enorme demanda ambiental creciente se hace con
con un modelo de consumo altamente desigual que
hace que globalmente produzcamos más alimentos
de los que necesitamos porque en una porción de altos
ingresos los desecha por sobreconsumo y otra que los
necesita para alcanzar la subsistencia no accede a
ellos.

13. a niveles medios de consumo cuando lleguemos a los
famosos 10000 miles de millones pero con el actual
modelo de consumo esto se hará a costa de una
pérdida enorme de diversidad biológica no implicada
directamente en el consumo directo humano y con la
transformación de la gran mayoría de los ecosistemas
mundiales.
Actualmente más del 90 de la superficie terrestre está
ya transformada en ambiente artificiales urbanos o
artificiales rurales.
Por eso la reflexión vinculada a que el desafío es
gestionar ambientalmente a una especie (nosotros)
evitando el colapso de la pérdida mayoritaria de las
otras especies que forman la diversidad biológica de la
cual emergimos.

14. Actualmente más del 90 de la superficie terrestre está
ya transformada en ambientes artificiales urbanos o
artificiales rurales.
Por eso la reflexión vinculada a que el desafío es
gestionar ambientalmente a una especie (nosotros)
evitando el colapso de la pérdida mayoritaria de las
otras especies que forman la diversidad biológica de la
cual emergimos.

15. Propiedades de los seres vivos
Sistemas abiertos en materia y en energía.
Sensibles a las condiciones del ambiente.
estructuralmente compuestos de átomos y biomoléculas
organizadas con una relación entre su estructura y función.
Funcionalmente retroalimentables.
Autoreproducibles.
Homeostáticos (regulan dentro de un rango sus variables)
•Reactivamente y Predictivamente
Tolerables a corto plazo y a rangos acotados de variación.
Adaptables a largo plazo.

16. Escalas que integran a los seres vivos
• Átomos (0,1 nm) | 10-10 m
• Moléculas biológicas (1 nm) 10-9 m
• Virus (10-100 nm) 10-8 a 10-7 m
• Bacterias (1 m) 10- 6 m
• Células eucariotas (10 y 100 m) 10-5 a 10-4m
• Organismos (mm a m) 10-3 a 100 m
• Poblaciones Ecológicas 1 especie
• Comunidades Ecológicas ≈ 10 especies
• Ecosistemas ≈ 100 a 1000 especies
BIOSFERA ¿2.000.000 especies
solamente?

17. Niveles de organización de los organismos
Acelulares: Virus
Unicelulares: Bacterias, Hongos, Algas, Protistas, Animales
Pluricelulares: Vegetales, Animales.
Formados por
Células
Tejidos
Órganos
Sistemas órgano
funcionales

18. Niveles de organización de los organismos
Los virus (actualmente tan presentes…) son organismos que
no pueden ser clasificados como clásicamente como seres
vivos ya que una parte de su ciclo de vida son simplemente
moléculas en una estructura de organización de proteínas
formando un estuche que llevan en su interior otra molécula
auto replicante (ácidos nucleicos) pero sin las estructuras
básicas de una célula para su hacer más partículas virales.
Cuando ingresan a una célula de un organismo vivo
(unicelular o pluricelular) integra su ácido nucleico al de la
célula hospedadora y es la célula parasitada quién ahora
empieza a fabricar más estructuras virales.

19. Niveles de organización de los organismos
Por lo tanto, los virus si están fura de una célula no están vivos
(ya que no pueden copiarse a si mismos) pero cuando toman
control de una célula hospedador si se comportan como un ser
vivo autocopiándose y generando así nuevos virus que salen a
infectar a otras células.
Los virus son parásitos intracelulares obligatorios.
A pesar de ser una estructura tan básica es el parásito que
mayor capacidad de mortalidad tiene sobre la especia humana
ya que el resto de los parásitos (bacterias, hongos, gusanos.
etc.) ya tienen un buen nivel de control por medicamentos.

20. Algunos conceptos importantes de relación entre la biología y la
contaminación
Relación superficie/volumen

21. Algunos conceptos importantes de relación entre la biología y la
contaminación
Relación superficie/volumen
Un organismo grande (cubo de 4 cm de lado) tiene para su volumen de
(64 cm3) menos superficie expuesta al ambiente ( relación
superficie/voumen de 1,5 a 1) que 64 organismos chicos (cubos de 1 cm
de lado cada uno) que sumados también tienen (64 cm3) con una
relación superficie/volumen de 6 a 1)
Estos 64 organismos pequeños exponen muchas más superficies al
ambiente que uno sólo grande y por lo tanto su interacción con el mismo
es mayor.

22. Conceptos importantes de relación entre la biología y la contaminación
Relación superficie/volumen
Las respuestas de cada población frente a los efectos de la contaminación
será diferente en función del tamaño de sus integrantes
Organismos pequeños:
• alta tasa de reproducción
• ciclos de vida cortos
• alta colonización de ambientes nuevos.
• Integran los primeros y los últimos niveles de las redes tróficas o
cadena alimentaria.
Organismos grandes:
• tasa de reproducción bajas a muy bajas.
• ciclos de vida largos y dependientes.
• Buena adaptación a los ambientes ya existentes
• integrantes de los niveles medios y altos en las redes tróficas.

23. Ley del Mínimo o Ley de Liebeg
El número máximo de individuos que puede alcanzar una población
biológica o el área máxima de distribución que puede alcanzar una
población, no dependerá del factor ambiental que está en exceso (por
ejemplo mucha comida, etc.) sino que estará controlado por el factor
ambiental para el que el organismo tenga un rango de adaptabilidad, de
control o de necesidad más estrecho o limitado, es decir por el factor
ambiental que está en defecto (o en mínimo).
El factor que está en un mínimo es el que permite el máximo a alcanzar.

24. Curvas características en Biología
Curva Logística (curva sigmoidea)
Muchos procesos biológicos (crecimiento poblacional, relación
mortalidad frente a un tóxico, etc.) no siguen un comportamiento lineal
representado por una recta sino que se comportan como una curva en
forma de S (o curva sigmoidea)

25. Curvas
Curva Normal (curva de Gauss)
La distribución de probabilidad más común en biología es
aquella donde las clases de probabilidad no son todas
iguales sino donde hay siempre una o dos clases con
mayor probabilidad de ocurrir (el promedio) que el resto de
las clases.

26. Los átomos y moléculas se encuentran en todo
momento recirculando en el planeta en las distintas
esferas que lo componen: Atmosféra (capa de gases),
Hidrósfera (capa de agua en sus distintos estados,
tanto superficial como subterránea), Litosfera (capa
de suelos, corteza terrestre y sus plegamientos) y
Biosfera (capa se seres vivos en ambientes
terrestres, dulceacuícolas u marinos costeros y
profundos).
Una átomo o molécula determinado está un tiempo de
residencia en cada una de estas esferas y luego
recircula a otra. Esto se denomina ciclo
biogeoquímico del compuesto

27. La CONTAMINACIÓN es la modificación (aceleración,
retardo o interrupción) de los ciclos biogeoquímicos de
intercambio de moléculas.
Siempre esta asociada a la forma en que se consumen y
recirculan estas moléculas dentro de sus ciclos en
relación al crecimiento y distribución territorial de la
población humana que utiliza dichas moléculas.

28. Ejemplos de contaminación por
Desequilibrio de sustancias químicas
• Vuelco de nutrientes no tóxicos (grasa, sangre) en exceso a un ecosistema
superando su capacidad degradadora (Ej. Riachuelo, Reconquista, etc.).
• Vuelco de sustancia nueva o exótica (“xenobióticos”) a un ecosistema sin
capacidad degradadora de dicha sustancia (ej. Derrame de petróleo).
• Cambio del balance energético entre los ecosistemas (ej. Calentamiento
global por modificación del ciclo del Carbono).
• Movilización y acumulación de elementos químicos o moléculas entre
distintos ecosistemas (Ej. Acumulación de metales pesados en basurales y
rellenos).

29. Cuando se produce un desequilibrio se genera en las
poblaciones biológicas que logran sobrevivir al mismo
un conjunto de respuestas adaptativas modificando sus
tasas de:
de Natalidad o Mortalidad
de Inmigración o Emigración
de Mutación – etc.
para soportar o aprovechar esa nueva condición.
Esta nueva condición de equilibrio no siempre es
compatible para el sostenimiento de la población
humana

30. Aparición de bacterias intestinales de mamíferos en agua o alimentarios. ej.
Escherichia coli al ser ingerida.
Aumento de la parasitosis al haber muchos hospedadores cercanos
(densodependencia). Ej. Virosis (COVID, etc.)
Floraciones algales en lagos y mares. (bloomes o sobrecrecimiento de algas
en lagos o de protistas en mares generando mareas rojas)
Ejemplos de contaminación por
Desequilibrio de poblaciones biológicas

31. Pero aprovechando estas condiciones de desequilibrio, podemos usar la
capacidad de adaptación y sobrecrecimiento de algunas poblaciones
biológicas en el desequilibrio poblacional como herramientas de
DECONTAMINACIÓN BIOLÓGICA
Comunidades biológicas adaptadas a ambientes contaminados, ej.:
• Tratamiento de efluentes líquidos en batch con etapa intermedia de reactores
biológicos o en continuo con etapa intermedia en lagunas biológicas de
estabilización y degradación.
• Fitorremediación con vegetales como camalotes, para concentrar metales
pesados en sus raíces.
• Comunidades microbiananas de los suelos para purificar aguas (pozos ciegos).
• Biorremediación en biopilas o en terrenos con microorganismos del suelo
(autóctonos o exóticos) para degradar derrames de hidrocarburos, .

32. PROPIEDADES EMERGENTES DE LOS SERES
VIVOS DESDE EL
ÁTOMO AL ORGANISMO

33. Propiedades emergentes: ÁTOMOS
Los seres vivos están constituidos mayoritariamente de C, H, O, N, P y S que
se intercambian continuamente recirculándose con el medio ambiente.
Intercambiamos además otros elementos minoritarios como: Na, K, Ca, Fe,
etc. y elementos metálicos a nivel trazas.
La falta de algún átomo en particular regula ecológicamente la posibilidad de
supervivencia de una especie biológica.
La toxicidad de un tipo particular de átomo dependerá de: su estructura
química, de su estado de especiación, su nivel de concentración, su
posibilidad de ingresar al intracelular y de su tiempo de contacto.
.

34. Propiedades emergentes:
ÁTOMOS
Compuestos Organometálicos: (mezclas de átomos con moléculas orgánicas)
Hg es tóxico en estado nativo pero lo es más cuando se acompleja con
moléculas orgánicas (ej. Metilmercurio).
Pb como aditivante antiexpliosivo en naftas (tetraetilplomo). Afecta Sistema
nervioso central.
Elementos químicos metálicos puros:
Cd interfiere con el Ca en la transmisión del impulso nervioso a nivel
muscular o compite en la formación de tejido óseo.
As en exceso produce HACRE . Hidroarsenismo Crónico Regional Endémico
Zn restringe la absorción de vitamina A
 I interfiere en la síntesis de hormonas tiroideas.
Elementos radioactivos

35. Las moléculas son estructuras estables formadas por átomos. Las hay
inorgánicas (formadas sin intervención de seres vivos) y orgánicas (formadas
mayoritariamente por seres vivos).
Las moléculas inorgánicas son en general de unos pocos átomos mientras
que las orgánicas van desde pocos átomos a moléculas formadas por miles de
elllos
Las biomoléculas o moleculas biológicas más importantes se agrupan en
cuatro tipos principales (Glúcidos, Lípidos, Proteínas y Ácidos Nucléicos).
Corresponden mayoritariamente a grandes biopolímeros (unidades repetitivas)
de una molécula base (monómero) pequeña (salvo en el caso de los lípidos).
 Todas tienen en común como constituyente al átomo de carbono en estado
tetrahédrico con cuatro enlaces de valencia equivalentes energéticamente. Es
denominado carbono orgánico a diferencia del carbono inorgánico que forma
parte de moléculas inorgánicas como carbonatos o dióxido de carbono que
tiene otra configuración de enlaces no equivalentes.
Los cambios en el estado de oxidación y las ruptura de las uniones
covalentes entre los distintos grupos funcionales de estos polímeros (ingeridos
o re sintetizadas dentro del organismo) permite a los seres vivos el
mantenimiento la actividad biológica, aportando estructuras de carbono para
Propiedades emergentes:
MOLECULAS

36. Las biomoléculas están formadas principalmente por uniones entre carbono
de tipo covalente (la diferencia de electronegatividad entre los integrantes del
enlace es baja) a diferencia de las inorgánicas donde las uniones pueden ser
de tipo iónico, metálico, etc. Con diferencias de electronegatividad altas.
Las rupturas de las uniones covalentes entre los distintos grupos funcionales
de estas biomoléculas al ser ingeridas en la alimentación por los organismos
heterótrofos (que se alimentan de otros) o al ser sintetizadas por los
organismos vegetales autótrofos (que producen sus propias moléculas o
“alimento” permite a los seres vivos el mantenimiento la actividad biológica.
Estas rupturas de uniones covalentes aportan nuevas estructuras de carbono
para reelaborar nuevas moléculas y permiten obtener energía biológica
almacenada en las uniones covalentes necesarias para las actividades vitales
que necesita el organismo.
Los distintos organismos se construyen a través de intercambios de
moléculas en ciclos biogeoquímicos.
Las biomoléculas pueden formar estructuras en el organismo, regular las
reacciones químicas de la célula (enzimas), almacenar información (ácidos
nucléicos, etc.
Propiedades emergentes: MOLECULAS