Los Seres Vivos y su Diversidad

Biodiversidad

La biodiversidad se divide en tres áreas:

• Biodiversidad de especies: Cómo se distribuyen las distintas especies en toda la Tierra o en zonas específicas.
• Diversidad genética dentro de las especies: Se refiere a las características individuales de los organismos (color, tamaño, forma, etc.).
• Variedad de los ecosistemas: Cada uno de estos ecosistemas es interdependiente, permitiendo el desarrollo de distintas especies (océanos, praderas, arrecifes, lagos, bosques, etc.).

Células

Definición de Célula

La célula es la unidad básica de la vida; todos los organismos se componen de una o más células. Son la base estructural y funcional de los seres vivos. Por ejemplo, las bacterias son unicelulares, mientras que los humanos y las plantas son multicelulares.

Células Procariotas

Las *procariotas* son las primeras células en aparecer, exclusivas de las bacterias y organismos microscópicos llamados *arqueas*. Son mucho más pequeñas que las eucariotas y carecen de un núcleo definido y de la mayoría de los orgánulos. Son las células más simples.

Células Eucariotas

Todos los demás organismos se caracterizan por poseer células *eucariotas*. Son las células más complejas y tienen un núcleo donde almacenan el material genético.

• Membrana plasmática: Envuelve a las células para protegerlas y separarlas del medio ambiente externo. Regula el paso de materiales entre la célula y su entorno. (Característica común a todas las células).
• ADN: Las instrucciones genéticas están codificadas en el ácido desoxirribonucleico (ADN).
• Orgánulos u organelos: Estructuras internas encargadas de realizar funciones específicas.

Analogía del Árbol de la Vida

Utilizada por Charles Darwin para sugerir que todas las especies se habían desarrollado a partir de una o unas cuantas especies ancestrales.

Características de los Seres Vivos

Los seres vivos se caracterizan por:

• Estar compuestos por una o más células.
• Exhibir una organización compleja.
• Crecer y desarrollarse.
• Reproducirse (Asexual: forma de reproducción de seres unicelulares; Sexual: los seres pluricelulares se reproducen de esta manera).
• Responder a estímulos (irritabilidad).
• Requerir energía, la cual producen mediante el metabolismo (Anabolismo: A partir de nutrientes simples, consume energía; Catabolismo: Descompone nutrientes complejos, libera energía).
• Mantener la homeostasis (mantener el equilibrio biológico interno).
• Evolucionar a través del tiempo mediante adaptaciones.

Teoría y Descubrimiento Celular

Principios de la Teoría Celular

La teoría celular incluye tres principios fundamentales:

1. Todos los organismos vivos están compuestos por una o más células.
2. Las células son la unidad básica de estructura y organización de todos los organismos vivos.
3. Las células únicamente se originan de otras células preexistentes, mediante la duplicación de material genético a sus células hijas.

Tabla de Orgánulos Celulares

Tipos de Células

Célula vegetal: Tipo de célula eucariota que compone los tejidos vegetales. Se describe con los rasgos de una célula del parénquima de una planta vascular.

Célula animal: Tipo de célula eucariota que compone los distintos tejidos de los animales.

Células procariotas: Células unicelulares sin núcleo definido ni orgánulos rodeados de membranas.

Transporte Celular

Proceso que mueve sustancias dentro de la célula, así como hacia su interior y exterior.

Difusión: Movimiento neto de partículas desde un área de mayor concentración a una de menor concentración.

Difusión facilitada: Difusión que mueve iones o moléculas pequeñas a través de proteínas transportadoras. No requiere consumo adicional de energía.

Equilibrio dinámico: Condición en la que hay movimiento continuo de partículas sin cambio neto en la concentración.

Solución isotónica: Aquella en la cual la concentración de soluto es igual fuera y dentro de una célula. Las soluciones con la misma concentración de sales que los glóbulos rojos son isotónicas.

Solución hipotónica: Célula en una solución que tiene una menor concentración de soluto en el exterior.

Solución hipertónica: Célula que se coloca en esta solución, donde la concentración de soluto es mayor en el exterior que en el interior de la misma.

Transporte activo: Movimiento de sustancias a través de la membrana plasmática en contra del gradiente de concentración, lo cual requiere energía.

Exocitosis: Proceso que consume energía y en el cual la célula expulsa desechos y secreta sustancias (como hormonas) a través de la membrana plasmática.

Ciclo de Calvin: Almacena la energía en moléculas orgánicas como la glucosa. Las reacciones del ciclo de Calvin también se conocen como *reacciones independientes de la luz*.

Ósmosis: Es la difusión de agua a través de una membrana semipermeable.

Endocitosis: Proceso por el cual una célula envuelve una sustancia del medio externo, incorporándola mediante una parte de la membrana plasmática.

Respiración Celular

Ocurre en dos fases principales: *glucólisis* y *respiración aeróbica*. La primera fase, la glucólisis, es un proceso anaeróbico que no requiere oxígeno. La respiración aeróbica incluye el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones, y es un proceso aeróbico que sí requiere oxígeno. La respiración celular ocurre principalmente en las mitocondrias, consideradas la ‘central energética’ de los orgánulos celulares.

Glucólisis

La glucosa se descompone en el citoplasma a través del proceso de glucólisis para obtener energía.

Ciclo de Krebs (o ciclo del ácido tricarboxílico, TCA)

Es la serie de reacciones en las que el piruvato se descompone en dióxido de carbono. Los productos netos del ciclo de Krebs desempeñan un papel importante en la siguiente etapa de la respiración aeróbica.

Cadena de Transporte de Electrones

En la respiración aeróbica, la cadena de transporte de electrones es la etapa final en la degradación de glucosa. Se produce la mayor cantidad de ATP (Adenosín Trifosfato). El oxígeno es el aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones de la respiración celular. Se transfieren protones y electrones al oxígeno para formar agua.

Respiración Aeróbica Procariótica

Algunos procariontes también experimentan respiración aeróbica. Debido a que carecen de mitocondrias, existen pequeñas diferencias en el proceso. La principal diferencia es el uso de la membrana celular procariótica como el lugar de la cadena de transporte de electrones. En células eucarióticas, el piruvato se transporta hacia las mitocondrias.

Respiración Anaeróbica y Fermentación

Fermentación

Ocurre en el citoplasma y repone los suministros celulares de NAD+ al producir una pequeña cantidad de ATP. Los dos tipos principales de fermentación son:

• Fermentación del ácido láctico: Las enzimas convierten el piruvato sintetizado durante la glucólisis en ácido láctico.
• Fermentación alcohólica: La fermentación alcohólica ocurre en levaduras y algunas bacterias.

La Fotosíntesis y la Respiración Celular

Forman un ciclo donde los productos de una vía metabólica son los reactivos de la otra. Son procesos fundamentales que las células utilizan para obtener energía.

Crecimiento Celular

Ciclo Celular

El ciclo celular es el ciclo de crecimiento y división por el cual se reproducen las células. Cada vez que una célula completa un ciclo, se convierte en dos células hijas. Cuando el ciclo se repite continuamente, el resultado es una producción continua de nuevas células.

Etapas del Ciclo Celular: Interfase, Mitosis, Meiosis

Interfase

Es la etapa de crecimiento de la célula donde realiza funciones celulares y duplica su ADN en preparación para la siguiente etapa del ciclo. La interfase se divide en tres subetapas: *G1*, *S* y *G2*, también conocidas como *Gap* (Intervalo) 1, *Síntesis* y *Gap* (Intervalo) 2.

• Interfase G1 (Gap 1): La célula crece, desarrolla funciones celulares normales y se prepara para duplicar el ADN.
• Interfase S (Síntesis): Período cuando la célula copia su ADN en preparación para la división celular. Los *cromosomas* son las estructuras que contienen el material genético que pasa de una generación celular a otra. La *cromatina* es la forma relajada de ADN en el núcleo celular.
• Interfase G2 (Gap 2): Período en que la célula se prepara para la división de su núcleo. En este momento se sintetizan las proteínas que producen microtúbulos para la división celular.

Mitosis

Es la etapa del ciclo celular durante la cual se dividen el núcleo de la célula y el material nuclear. La mitosis se divide en cuatro subetapas: *profase*, *metafase*, *anafase* y *telofase*.

• Profase: Fase más larga de la mitosis. En esta etapa, la cromatina celular se condensa en cromosomas. Los cromosomas tienen forma de X.
• Metafase: Es una de las etapas más cortas de la mitosis, asegurando que las nuevas células tengan copias exactas de los cromosomas.
• Anafase: Las cromátides se separan durante la anafase. Los microtúbulos del huso mitótico comienzan a acortarse, separando las cromátides en dos cromosomas idénticos. Al final, los microtúbulos mueven los cromosomas hacia los polos de la célula.
• Telofase: Última etapa de la mitosis. Durante esta etapa, los cromosomas llegan a los polos celulares y comienzan a relajarse o descondensarse. Se forman dos nuevas membranas nucleares y reaparecen los nucleolos. El huso mitótico se desarma y la célula recicla algunos microtúbulos para construir partes del citoesqueleto.

Citoquinesis

Proceso que divide el citoplasma. El resultado son dos células hijas con núcleos idénticos.

Meiosis

Tipo de división celular que reduce el número de cromosomas; se le conoce como *división de reducción*. Se presenta en las estructuras reproductoras de los organismos que se reproducen sexualmente. Involucra dos divisiones celulares consecutivas llamadas *meiosis I* y *meiosis II*.

ADN y ARN

Nucleótidos

Son las subunidades de los ácidos nucleicos y consisten en un azúcar de cinco carbonos, un grupo fosfato y una base nitrogenada. Los dos ácidos nucleicos principales son el *ADN* y el *ARN*.

Bases Purínicas

La guanina (G) y la adenina (A) son *bases de anillo doble*.

Bases Pirimidínicas

La timina (T), la citosina (C) y el uracilo (U) son *bases de anillo simple*.

Estructura del ADN

El ADN se compara a menudo con una escalera en forma de caracol, donde la desoxirribosa y el fosfato alternados representan las barandas.

ARN (Ácido Ribonucleico)

Es un ácido nucleico de una sola hebra. Se encarga de trasladar la información genética del ADN con el fin de sintetizar las proteínas según las funciones y características indicadas.

ARN mensajero (ARNm)

Son hebras largas de nucleótidos de ARN. Viajan del núcleo al ribosoma para dirigir la síntesis de una proteína específica. Función: Transfiere el código genético del ADN del núcleo celular a un ribosoma en el citoplasma para dirigir la síntesis de proteínas.

ARN de transferencia (ARNt)

Son segmentos más pequeños de nucleótidos de ARN. Su función es hacer corresponder un codón del ARNm con el aminoácido para el cual codifica. Transporta aminoácidos al ribosoma.

ARN ribosomal (ARNr)

El tercer tipo de ARN. Se asocia con proteínas para formar el ribosoma en el citoplasma.

Genética Mendeliana

Principios de la Herencia

Se basa en el estudio de las proporciones en las que se heredan las características de los individuos. Trabaja con alelos dominantes, que son los que se expresan, y recesivos.

Tabla de Punnett

Tabla utilizada para predecir la posible descendencia de un cruce entre dos genotipos conocidos. Facilita el seguimiento de los posibles genotipos que participan en un cruce.

Alelos

Forma alternativa de un gen que pasa de generación en generación. Cada una de las maneras en que puede manifestarse un carácter o un gen.

Alelo Heterocigoto

Si los dos alelos para una característica son diferentes. Un organismo con dos alelos diferentes para un rasgo particular es un *heterocigoto* para ese rasgo.

Alelo Homocigoto

Si los dos alelos para una característica son iguales. Un organismo con los dos alelos iguales para un mismo rasgo es un *homocigoto* para ese rasgo.

Gameto

Células compuestas por un solo juego de cromosomas (haploides), que durante la fecundación se fusionarán con otro gameto del sexo opuesto para formar el cigoto. Ejemplo: el óvulo y el espermatozoide.

Genotipo

Los pares de alelos de un organismo. Conjunto de los genes que existen en el núcleo celular de cada individuo.

Fenotipo

Es cualquier característica o rasgo observable de un organismo, como su morfología, desarrollo, propiedades bioquímicas, fisiología y comportamiento.

Replicación Semiconservadora

Las hebras originales de ADN se separan, sirven de molde y producen moléculas de ADN con una hebra original de ADN y otra hebra de ADN nueva. Ocurre durante la interfase de la mitosis y la meiosis. Ocurre en tres etapas principales: *desenrollado*, *apareamiento de bases* y *ensamblaje*.

Reinos Biológicos

Bacterias

Las bacterias tienen paredes celulares fuertes que contienen peptidoglucanos. Algunas poseen una segunda pared celular, propiedad que se utiliza para clasificarlas. Algunas bacterias son fotosintéticas.

Estructura de las Bacterias

Las bacterias no poseen membrana nuclear, nucléolo ni aparato mitótico, y nunca configuran una masa cromosómica definida. Esto las diferencia de las células eucariotas. Aunque no existe un núcleo delimitado, hay una zona nuclear o *nucleoide*.

Arqueas

Arqueas Termoacidófilas

Viven en ambientes calientes y ácidos. Muchas son anaerobias estrictas, lo cual significa que mueren en presencia de oxígeno.

Arqueas Halófilas

Viven en ambientes muy salados. Generalmente son aeróbicas y algunas poseen una forma particular de fotosíntesis que usa una proteína en lugar del pigmento clorofila.

Arqueas Metanógenas

Organismos anaerobios obligados (no pueden vivir en presencia de oxígeno). Usan dióxido de carbono durante la respiración celular y liberan metano como producto de desecho. Se encuentran en plantas de tratamiento de aguas residuales. Prosperan en el tracto gastrointestinal humano y de otros animales, y son responsables de los gases que libera el tracto digestivo.

Protistas

Son eucariontes. Algunos se reproducen asexualmente por mitosis, mientras que otros lo hacen por meiosis.

Protistas Tipo Animal

Son heterótrofos y generalmente ingieren bacterias, algas u otros protozoarios. Se consideran tipo animal porque consumen otros organismos como alimento. Algunos son parásitos.

Protistas Tipo Planta

Producen su propio alimento a través de la fotosíntesis. Se les llama comúnmente algas. Algunas algas son microscópicas.

Protistas Tipo Hongo

Absorben sus nutrientes de otros organismos. Contienen centríolos y difieren en la composición de sus paredes celulares. Se alimentan de materia orgánica en descomposición y absorben nutrientes a través de sus paredes celulares.

Fungi (Hongos)

Todos los hongos son eucariontes heterótrofos. Se caracterizan por sus paredes celulares, las hifas y los tabiques.

Se clasifican por sus estructuras y patrones de reproducción. La reproducción asexual en los hongos incluye la fragmentación, la gemación y la producción de esporas.

Hongos Pluricelulares

La mayoría son pluricelulares.

Hongos Unicelulares

Las levaduras son hongos unicelulares. Se encuentran por todo el mundo en los suelos, en las superficies de las plantas y hasta en el cuerpo humano.

Plantas

Las plantas se alimentan por la fotosíntesis y su reproducción puede ser asexual o sexual. Son células eucariotas.

Todas las plantas son pluricelulares y tienen paredes celulares compuestas de celulosa. La mayoría de las plantas contienen cloroplastos, donde se lleva a cabo la fotosíntesis, pero unas pocas plantas son heterótrofas. Algunas plantas tienen células reproductoras con flagelos que las impulsan por el agua.

Sistema Tegumentario

Sistema de órganos que recubre y protege al cuerpo. La piel es el órgano principal y está compuesta por cuatro tipos de tejidos: epitelial, conectivo, muscular y nervioso.

Funciones del Sistema Tegumentario

• Regulación de la temperatura.
• Producción de vitaminas (ej. Vitamina D).
• Protección contra el entorno y percepción sensorial.

La Epidermis

Capa externa y superficial de la piel.

La Dermis

Segunda capa de la piel. Compuesta por *tejido conectivo*, que evita que la piel se desgarre.

Sistema Locomotor

El esqueleto humano consta de dos divisiones: el *esqueleto axial* (el cráneo, la columna vertebral, las costillas y el esternón) y el *esqueleto apendicular* (huesos de los hombros, los brazos, las manos, las caderas, las piernas y los pies).

Funciones del Sistema Locomotor

• Brindar soporte al cuerpo.
• Brindar protección a algunos órganos vitales.
• Ayudar a la formación de células sanguíneas (hematopoyesis).
• Servir como depósito de minerales (ej. calcio, fósforo).
• Permitir el movimiento del cuerpo, ya que los músculos se unen a ellos.

Formación de Hueso

Se desarrollan células formadoras de hueso llamadas *osteoblastos*. La formación de hueso a partir de osteoblastos se llama *osificación*.

Las Articulaciones

Se forman cuando dos o más huesos se encuentran. No todas son móviles.

Los *ligamentos* son bandas fuertes de tejido conectivo que unen un hueso con otro.

• Esférica: La estructura de un hueso con forma de esfera encaja en una depresión de otro hueso, lo que permite el rango de movimiento más amplio de cualquier otra clase de articulación.
• Pivotante: El movimiento primario es la rotación.
• En bisagra: La superficie convexa de un hueso encaja en la superficie cóncava de otro. Permiten movimientos hacia adelante y hacia atrás, como el de una bisagra de una puerta.
• Deslizante: Permiten movimientos laterales y de adelante hacia atrás.
• Suturas: Articulaciones no móviles que se encuentran en el cráneo. Todos los huesos del cráneo, a excepción de la mandíbula inferior, están unidos por suturas.

Sistema Muscular

Un músculo consta de un grupo de fibras o células musculares unidas entre sí.

Funciones del Sistema Muscular

• Locomoción.
• Actividad motora de los órganos internos.
• Información del estado fisiológico.
• Estabilidad.
• Postura.
• Producción de calor.
• Forma corporal.
• Protección de órganos.

Músculo Liso

Se llama *músculo involuntario* porque no se puede controlar conscientemente.

Músculo Cardíaco

*Músculo involuntario* presente solo en el corazón. Las células generalmente tienen un núcleo y están conectadas por uniones comunicantes (empalmes huecos).

Músculo Esquelético

La mayoría de los músculos corporales son *músculos esqueléticos*. Están unidos a los huesos por medio de *tendones* que, cuando se contraen, provocan movimiento. Son *músculos voluntarios* que se controlan conscientemente para mover los huesos.