Conceptos Fundamentales de Biología Celular y Molecular

1. Gen y Cromosoma: Estructura y Componentes

Un gen es una secuencia específica de nucleótidos en el ADN que codifica para una molécula funcional, normalmente una proteína o un ARN, y es la unidad fundamental de la herencia.

Un cromosoma es una estructura altamente organizada que contiene el ADN y proteínas asociadas, localizada en el núcleo de las células eucariotas.

Componentes Moleculares de los Cromosomas

• ADN
• Histonas
• Proteínas no histónicas
• ARN

Estructura Cromosómica

El ADN se enrolla en histonas formando nucleosomas, luego se compacta en fibras de 30 nm, bucles y finalmente cromosomas visibles en división, con centrómero y telómeros.

2. La Molécula de Agua: Estructura y Propiedades Biológicas

El agua tiene geometría angular con un átomo de oxígeno unido covalentemente a dos hidrógenos. Es una molécula polar.

El enlace entre dos moléculas de agua es un puente de hidrógeno.

Propiedades Físico-Químicas del Agua y sus Funciones

1. Alto calor específico: Regula la temperatura corporal.
2. Elevado calor de vaporización: Permite el enfriamiento por sudoración.
3. Alta cohesión: Facilita el ascenso por capilaridad en plantas.
4. Disolvente universal: Facilita las reacciones bioquímicas y el transporte de sustancias.

Lípidos: Triacilglicéridos, Jabones y Biomoléculas Hidrófobas

a) Triacilglicéridos: Definición y Funciones

Un triacilglicérido es una molécula compuesta por glicerol unido a tres ácidos grasos mediante enlaces éster. Sus funciones principales son:

• Reserva energética: Almacenan una gran cantidad de energía.
• Aislamiento térmico: Ayudan a mantener la temperatura corporal.

b) Obtención de Jabón (Saponificación)

El jabón se obtiene por saponificación, una reacción química de triacilglicéridos con una base fuerte, produciendo glicerol y sales de ácidos grasos (el jabón).

c) Biomoléculas Hidrófobas Insaponificables

Dos biomoléculas hidrófobas insaponificables y sus funciones son:

• Colesterol: Regula la fluidez de las membranas celulares.
• Carotenoides: Actúan como antioxidantes y son precursores de la vitamina A.

6. Antígenos e Inmunoglobulinas: Conceptos Clave de la Inmunidad

Un antígeno es una sustancia capaz de inducir una respuesta inmune en el organismo.

Las inmunoglobulinas (o anticuerpos) son proteínas formadas por dos cadenas ligeras y dos cadenas pesadas unidas por puentes disulfuro.

• Producción: Inducida por la presencia de un antígeno específico.
• Función: Reconocer y neutralizar antígenos.
• Células productoras: Producidas por linfocitos B diferenciados en células plasmáticas.
• Origen: Médula ósea.

16. Diferenciación de Conceptos Inmunológicos Esenciales

• Antígeno: Sustancia que desencadena una respuesta inmune. Anticuerpo: Proteína que reconoce específicamente al antígeno.
• Linfocito B: Célula inmune que produce anticuerpos. Linfocito T: Célula inmune que reconoce células infectadas o anormales.
• Respuesta humoral: Mediada principalmente por anticuerpos. Respuesta celular: Mediada por linfocitos T.
• Vacunación: Inmunización activa, que genera una respuesta lenta pero duradera. Sueroterapia: Inmunización pasiva, que proporciona una protección rápida pero temporal.

17. Metabolismo Energético: Glucólisis y Ciclo de Krebs

f) ¿En qué consiste la Glucólisis?

La glucólisis es una ruta metabólica que transforma la glucosa en piruvato, produciendo ATP y NADH.

g) ¿Dónde se produce la Glucólisis?

Se produce en el citoplasma celular.

h) Lugar del Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico) ocurre en la matriz mitocondrial.

i) Productos finales del Piruvato en condiciones aeróbicas

En condiciones aeróbicas, el piruvato se convierte en CO₂ y H₂O a través del ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones.

18. Monosacáridos: Definición, Funciones y Clasificación

Los monosacáridos son azúcares simples no hidrolizables con fórmula general (CH₂O)n.

Funciones de los Monosacáridos

1. Fuente inmediata de energía: La glucosa, por ejemplo, es utilizada por las células para obtener energía mediante la respiración celular.
2. Precursores en rutas biosintéticas: Participan en la síntesis de ácidos nucleicos (ribosa y desoxirribosa) y otras biomoléculas esenciales como aminoácidos y lípidos.

Clasificación de los Monosacáridos

Se clasifican por el número de carbonos (triosa, tetrosa, pentosa, hexosa) y por el grupo funcional (aldosas o cetosas).

19. Replicación del ADN: Proceso y Significado Semiconservativo

La replicación del ADN es el proceso mediante el cual se duplica el ADN para que cada célula hija reciba una copia idéntica.

Finalidad de la Replicación

Su finalidad es asegurar la transmisión de la información genética de una generación celular a la siguiente.

Significado de ‘Semiconservativa’

El término semiconservativa significa que cada nueva doble hélice de ADN conserva una hebra original (parental) y una hebra recién sintetizada.

Mutaciones y Variabilidad Genética

a) Definición de Mutación

Una mutación es un cambio permanente en la secuencia del ADN de un organismo. Puede afectar a un solo nucleótido (mutación puntual) o a segmentos más largos de ADN. Las mutaciones pueden producir nuevas variantes genéticas y ser heredables si ocurren en células germinales.

b) Diferencia entre Mutaciones Espontáneas e Inducidas

• Mutaciones Espontáneas: Ocurren de forma natural, sin intervención de factores externos. Se deben a errores durante la replicación del ADN o a procesos celulares normales como el envejecimiento o la acción de radicales libres.
• Mutaciones Inducidas: Son provocadas por agentes externos llamados mutágenos, que aumentan la probabilidad de que ocurran cambios en el ADN.

c) Ejemplos de Mutágenos

• Físicos: Rayos X, rayos ultravioleta (UV), radiación ionizante.
• Químicos: Nitrosaminas, formaldehído, agentes alquilantes, benceno.
• Biológicos: Retrovirus (como el VIH), algunos virus oncogénicos (como el virus del papiloma humano, VPH).

d) Otro Mecanismo de Variabilidad Genética

Además de las mutaciones, otro mecanismo importante de variabilidad genética es la recombinación genética, que ocurre durante la meiosis. Consiste en el intercambio de material genético entre cromosomas homólogos, lo que genera nuevas combinaciones de genes en los gametos. También contribuyen la segregación independiente de cromosomas y la fecundación aleatoria.

34. Respuesta Alérgica: Causas y Mecanismos

a) ¿Qué es la Respuesta Alérgica?

Es una respuesta inmunitaria exagerada frente a antígenos no patógenos, conocidos como alérgenos.

b) Agentes Desencadenantes de Alergias

Algunos agentes comunes incluyen: polen, ácaros, ciertos alimentos y medicamentos.

c) Células Implicadas y Mecanismo de Acción

Las células principales implicadas son los linfocitos B, mastocitos y basófilos.

Mecanismo: Las inmunoglobulinas de tipo IgE se unen a los alérgenos y a la superficie de los mastocitos, lo que provoca la liberación de histamina y otras sustancias inflamatorias, desencadenando los síntomas alérgicos.

Enzimas: Biocatalizadores Esenciales

a) Definición de Enzima

Una enzima es una proteína que actúa como biocatalizador, es decir, acelera las reacciones químicas del metabolismo sin consumirse en el proceso. Reduce la energía de activación necesaria para que la reacción ocurra.

b) Centro Activo y Especificidad Enzimática

El centro activo es la región de la enzima donde se une el sustrato (la molécula sobre la que actúa).

La especificidad enzimática se debe a la forma tridimensional del centro activo, que encaja de forma precisa con su sustrato, como una llave con su cerradura. Esto asegura que cada enzima actúe sobre un tipo específico de molécula.

c) Inhibidores Enzimáticos

Los inhibidores enzimáticos son sustancias que disminuyen o bloquean la actividad de una enzima. Lo hacen interfiriendo con la unión del sustrato o alterando la forma de la enzima, impidiendo su funcionamiento normal.

d) Diferencia entre Inhibición Reversible e Irreversible

• Inhibición Reversible: El inhibidor se une de forma temporal a la enzima (por enlaces débiles), y su efecto puede desaparecer al eliminar el inhibidor o cambiar las condiciones.
• Inhibición Irreversible: El inhibidor se une permanentemente a la enzima, generalmente formando enlaces covalentes en el centro activo, lo que inactiva la enzima de forma definitiva.

Carbohidratos Complejos: Enlaces y Polisacáridos

a) Dos Funciones de los Monosacáridos

1. Fuente de energía inmediata: La glucosa, por ejemplo, es utilizada por las células para obtener energía mediante la respiración celular.
2. Precursores de otras biomoléculas: Participan en la síntesis de ácidos nucleicos (ribosa y desoxirribosa) y otras biomoléculas esenciales como aminoácidos y lípidos.

b) Enlace O-glucosídico

Es un tipo de enlace covalente que une dos monosacáridos mediante un átomo de oxígeno (O), al reaccionar sus grupos hidroxilo (-OH) y liberar una molécula de agua (H₂O). Este enlace es fundamental para formar disacáridos y polisacáridos.

c) Tres Polisacáridos Importantes y sus Características

1. Almidón: Polisacárido de reserva energética en plantas. Tiene una estructura helicoidal y está formado por cadenas de glucosa unidas por enlaces α(1→4) y algunas ramificaciones α(1→6).
2. Glucógeno: Polisacárido de reserva en animales (principalmente en hígado y músculos). Es altamente ramificado, lo que permite liberar glucosa rápidamente cuando el cuerpo la necesita.
3. Celulosa: Polisacárido estructural presente en la pared celular vegetal. Tiene una estructura lineal y rígida, con enlaces β(1→4), que le dan gran resistencia. No puede ser digerida por los humanos.

Interpretación de Esquemas Biológicos

Esquema de Replicación del ADN

1. El proceso ilustrado es la replicación o duplicación del ADN.
2. El proceso A se produce en procariotas y en mitocondrias y cloroplastos de eucariotas, mientras que el proceso B ocurre en eucariotas.
3. Las etapas señaladas son: 1) Iniciación y 2) Elongación.
4. La molécula 3 es ARN, puesto que señala al primer o cebador. La porción 4 señala a un fragmento de Okazaki, por lo tanto, se trata de un fragmento de ARN combinado con un fragmento de ADN.

Esquema de Traducción o Síntesis de Proteínas (Ejercicio 12)

1. El proceso representado es la traducción o síntesis de proteínas.
2. Identificación de componentes:
   • A: Aminoacil-ARNt
   • B: ARN mensajero (ARNm)
   • C: Cadena peptídica o proteína en formación
   • D: Subunidad mayor del ribosoma
3. El enlace que se forma es el enlace peptídico.
4. La composición química de A (Aminoacil-ARNt) es ARN, y su función es transportar los aminoácidos hasta el ARNm para la síntesis proteica.

Esquema de Fotosíntesis: Fase Fotoquímica (Ejercicio 15)

1. El proceso es la Fotosíntesis, específicamente la Fase Fotoquímica.
2. Identificación de elementos:
   1. Fotón o luz solar
   2. Agua (H₂O)
   3. Oxígeno (O₂)
   4. Protones (H⁺)
   5. NADPH
   6. NADPH
   7. ADP
   8. ATP
3. Este proceso ocurre en el cloroplasto.
4. Se produce en células fotosintéticas o células vegetales.
5. El elemento señalado como «e» es un dador de protones.
6. La finalidad de esta fase es conseguir energía (ATP) y poder reductor (NADPH) para la siguiente etapa de la fotosíntesis: la fase biosintética.

Esquema de Meiosis (Ejercicio 29)

1. El proceso es la meiosis. La imagen II corresponde a la Metafase II y la imagen IV corresponde a la Telofase II.
   • 1. Cromosoma (con dos cromátidas)
   • 2. Fibras del áster
   • 3. Cromosomas con una sola cromátida
   El tipo celular donde se produce este proceso es el gameto. La meiosis es crucial para que los gametos sean haploides y para generar una gran variabilidad genética, características esenciales para la reproducción sexual.
2. Las etapas señaladas son: 1) Profase I y 3) Anafase II. La finalidad principal de la meiosis es conseguir variabilidad genética y producir células haploides (gametos).