Niveles de Organización Biológica y Biomoléculas

Niveles de Integración

El estudio de la vida se organiza en niveles jerárquicos:

• Nivel Químico: Átomos (bioelementos) y Moléculas (biomoléculas inorgánicas y orgánicas). (Campo de estudio: Bioquímica).
• Nivel Celular: Orgánulos (conjunto de moléculas que forman estructuras celulares) y Células (mínima unidad que cumple las funciones vitales). (Campo de estudio: Citología).
• Nivel Pluricelular: Tejidos (Histología), Órganos, Aparatos y Sistemas, Organismos. (Campo de estudio: Anatomía y Fisiología).
• Nivel Ecológico: Población (conjunto de seres de la misma especie en el mismo lugar), Comunidad (conjunto de poblaciones en un lugar), Ecosistema, Biosfera (conjunto de seres vivos del planeta). (Campo de estudio: Ecología).

Biomoléculas

Las biomoléculas inorgánicas son moléculas de pequeño tamaño, con pocos átomos, presentes tanto en seres vivos como en materia inerte. Incluyen el agua y las sales minerales.

Funciones de las Biomoléculas Inorgánicas

• Agua: Es el componente mayoritario, medio donde ocurren las reacciones celulares, medio de transporte dentro del organismo y principal regulador térmico.
• Sales Minerales:
  • Si no están disueltas, forman estructuras duras (esqueletos).
  • Si están disueltas, forman parte de procesos esenciales como la transmisión del impulso nervioso.

Funciones de las Biomoléculas Orgánicas

• Glúcidos (Carbohidratos): La glucosa proporciona energía a la célula mediante la respiración celular. La celulosa no aporta energía, pero constituye la pared celular de la célula vegetal.
• Lípidos: Las grasas o triglicéridos sirven como almacén de energía. El colesterol forma parte de la membrana plasmática. Otros lípidos, como algunas hormonas, regulan procesos en el organismo.
• Proteínas: Forman parte de la estructura de los seres vivos. Las enzimas catalizan las reacciones químicas. La hemoglobina transporta el oxígeno dentro de los glóbulos rojos. Las proteínas de la membrana plasmática regulan el intercambio de sustancias.
• Ácidos Nucleicos: Contienen la información genética. Existen dos tipos principales: ARN y ADN.

La Célula: Teoría, Estructura y Funciones

Teoría Celular

La teoría celular se basa en tres postulados fundamentales:

1. La célula es la unidad de funcionamiento de los seres vivos (realiza las tres funciones vitales).
2. La célula es la unidad estructural de los seres vivos (todos los seres vivos están constituidos por una o más células).
3. La célula es la unidad de origen de los seres vivos (“toda célula procede de otra célula”).

La Célula Procariota (Bacterias)

Son células que carecen de núcleo definido (carioteca).

1. Cápsula (a veces): Capa que algunas bacterias poseen para mayor protección.
2. Pared Bacteriana (sí): Gruesa capa que rodea a la membrana plasmática y protege a la bacteria.
3. Membrana Plasmática (sí): Fina envoltura que regula el intercambio de la bacteria con el exterior.
4. Mesosoma (sí): Invaginaciones de la membrana plasmática en cuyo interior se realizan muchas funciones celulares.
5. Flagelos (a veces): Filamentos largos, en número variable, que proporcionan movimiento a la bacteria.
6. Pili (a veces): Filamentos cortos y numerosos que tienen algunas bacterias para el intercambio de material genético.
7. Citoplasma (sí): Región que se sitúa en el interior de la membrana plasmática.
8. Cromosoma Bacteriano (sí): Círculo de ADN que se encuentra enrollado y contiene la información genética de la bacteria.
9. Nucleoide (sí): Región del citoplasma donde se encuentra el ADN.
10. Plásmidos (a veces): Pequeños círculos de ADN que aportan información interesante a la bacteria, como resistencia a los antibióticos.
11. Ribosomas (sí): Fabrican las proteínas siguiendo las órdenes del ADN.

Estructura del Núcleo (Célula Eucariota)

• Membrana Nuclear: Doble membrana que recubre al núcleo.
• Poros Nucleares: Permiten el transporte selectivo de moléculas, como el ARN.
• Nucleolo: Estructura encargada de fabricar los ribosomas.
• Nucleoplasma: Sustancia acuosa que rellena el núcleo.
• Cromatina: Es el ADN de la célula en estado desenrollado.

Nutrición Celular y Metabolismo

Tipos de Nutrición Autótrofa

La nutrición autótrofa consiste en activar energéticamente moléculas inorgánicas para obtener biomoléculas orgánicas.

• Fotosíntesis: La energía para activar la biomolécula inorgánica proviene de la luz solar.
• Quimiosíntesis: La energía se origina a partir de reacciones químicas.

Funciones Vitales de las Bacterias

Las bacterias realizan las siguientes funciones vitales:

Nutrición

Las biomoléculas orgánicas se obtienen de diferentes maneras:

• Autótrofa: Las biomoléculas orgánicas se fabrican a partir de biomoléculas inorgánicas.
  • Fotosintéticas: Utilizan la energía solar.
  • Quimiosintéticas: Utilizan la energía de las reacciones químicas.
• Heterótrofa: Las biomoléculas orgánicas se obtienen a partir de otros seres vivos.
  • Parásita: Obtienen la materia causando un perjuicio al ser vivo (huésped).
  • Saprófita: Se alimentan de la materia orgánica en descomposición.
  • Simbiótica: Obtienen la materia orgánica de otro ser vivo aportando algún beneficio mutuo.

Relación

• Bacterias Móviles: Poseen flagelos.
• Bacterias Inmóviles: Carecen de flagelos.

Reproducción

• Se realiza principalmente por bipartición.

Nutrición en la Célula Eucariota

Conjunto de procesos que aportan materia y energía a la célula.

Obtención de Materia (Biomoléculas)

• Heterótrofa: Las biomoléculas orgánicas se obtienen de otros seres vivos.
• Autótrofa: Las células fabrican sus propias biomoléculas orgánicas (a partir de inorgánicas).

Obtención de Energía

• En presencia de oxígeno (O₂): Respiración Celular
  • Lugar: Mitocondria.
  • Entra: O₂ y Glucosa.
  • Sale: CO₂ y mucha energía.
• En ausencia de oxígeno (O₂): Fermentación
  • Lugar: Citoplasma.
  • Entra: Glucosa.
  • Sale: Productos residuales y poca energía.

Comparativa de Nutrición

Nutrición Autótrofa vs. Heterótrofa

Nutrición Heterótrofa:

• Organismos: Animales, hongos y algunos protoctistas.
• Fuente de materia: Moléculas orgánicas de otros seres vivos.
• Resultado: Obtención de moléculas orgánicas.

Nutrición Autótrofa:

• Organismos: Algas y plantas.
• Fuente de materia: Moléculas inorgánicas.
• Resultado: Fabricación de moléculas orgánicas propias del organismo (la biomolécula inorgánica se activa mediante energía solar o química y se transforma en orgánica).

Fermentación vs. Respiración Celular

Respiración Celular:

• Condición: En presencia de O₂.
• Sustratos: Glucosa y O₂.
• Productos: CO₂.
• Lugar: Mitocondria.
• Energía: Mucha energía.

Fermentación:

• Condición: En ausencia de O₂.
• Sustratos: Glucosa.
• Productos: Residuos (ej. alcohol).
• Lugar: Citoplasma.
• Energía: Poca energía.

Ciclo Celular y División (Mitosis y Meiosis)

Conceptos Cromosómicos

• Cromosoma Homólogo: Cada uno de los miembros de una pareja de cromosomas que provienen, uno de cada progenitor.
• Número Diploide (2n): Número de cromosomas de una célula de un individuo adulto, donde la mitad proviene de cada progenitor.
• Número Haploide (n): Número de cromosomas que aporta cada gameto.
• Cromosoma Sexual: Cromosomas que determinan el sexo en cada especie.

El Ciclo Celular

El ciclo celular se divide en dos fases principales:

1. Interfase: La célula crece, duplica su ADN y se prepara para la división.
2. División Celular: Se divide el núcleo y el citoplasma.

Fases de la Interfase

• G1: La célula crece.
• S: La célula duplica su ADN.
• G2: Nuevo crecimiento celular, se prepara para la división y duplica su centrosoma.

Mitosis

Significado Biológico de la Mitosis

En organismos pluricelulares, la mitosis tiene como función el crecimiento y la renovación de células deterioradas. En seres unicelulares, sirve para la reproducción. En ambos casos, las células hijas obtenidas son idénticas entre sí.

Fases de la Mitosis

• Profase: La membrana nuclear desaparece progresivamente. El ADN pasa de cromatina a cromosoma. Los ásteres o centrosomas se desplazan y forman el huso acromático.
• Metafase: La membrana nuclear ha desaparecido completamente. Cada centrosoma se ha dispuesto en cada polo de la célula. Los cromosomas se disponen en el centro de la célula (placa metafásica).
• Anafase: La membrana nuclear sigue desaparecida. Los centrosomas siguen en cada polo y acortan los hilos del huso acromático. Las cromátidas hermanas se separan y se desplazan a cada polo de la célula.
• Telofase: La membrana nuclear comienza a reconstruirse. El huso acromático desaparece. Los cromosomas vuelven a pasar a cromatina.
• Citocinesis: División del citoplasma.

Meiosis

Significado Biológico de la Meiosis

La meiosis es el proceso especial de división a través del cual se forman células haploides (gametos). Gracias a la meiosis, los gametos son N y el cigoto resultante volverá a ser 2N. Además, la meiosis produce una mayor variabilidad genética gracias al sobrecruzamiento.

Meiosis I

Al final de la Meiosis I se obtienen dos células hijas con n cromosomas, teniendo cada cromosoma dos cromátidas. Se produce la sinapsis y el sobrecruzamiento de los cromosomas homólogos.

• Los cromosomas homólogos se emparejan (sinapsis).
• Al separarse los cromosomas homólogos, se produce el sobrecruzamiento (intercambio de material genético).
• Los cromosomas homólogos se separan y se dirigen a polos opuestos.
• La membrana nuclear se reconstruye y el citoplasma comienza la citocinesis.

Meiosis II

Al final del proceso se obtienen cuatro células hijas con n cromosomas cada una y con una cromátida por cromosoma (en la Anafase II se separan las cromátidas hermanas).

Los Virus: Estructura y Ciclo de Vida

Los virus son organismos simples con una estructura compacta de proteína y ácido nucleico. Marcan la barrera entre lo vivo y lo inerte, ya que no se nutren, no se relacionan y carecen de metabolismo propio. Para reproducirse, necesitan infectar una célula huésped.

Estructura Viral

• Ácido nucleico (ADN o ARN).
• Envuelto por una cápside de proteína.
• Pueden tener colas si infectan a procariotas.

Fases del Ciclo Lítico

1. Adsorción: El virus se une a una proteína específica de la célula huésped.
2. Penetración: Una vez fijado a la membrana plasmática, el virus o su material genético penetra en el interior.
3. Eclipse: El virus produce sus diferentes moléculas (ácidos nucleicos y proteínas) utilizando la maquinaria celular.
4. Maduración: Las moléculas víricas se ensamblan en zonas de la célula llamadas “zonas factoría”, convirtiéndose en virus maduros.
5. Liberación: Los nuevos virus pueden salir por rotura de la célula huésped o ser liberados de forma gradual a través de la membrana plasmática.

Existe también el Ciclo Lisogénico, donde el material genético viral se integra en el genoma de la célula huésped sin destruirla inmediatamente.

Conceptos Fundamentales de Genética

La genética es la parte de la biología que estudia la herencia biológica, es decir, los mecanismos por los cuales los descendientes heredan las características de sus progenitores.

Carácter Hereditario

Todo carácter que se transmite a la descendencia.

Gen

Trozo de ADN que lleva la información para un determinado carácter.

Locus (pl. Loci)

Lugar exacto que ocupa un gen dentro de un cromosoma.

Alelo

Cada una de las variantes que puede tener un mismo gen. Cada carácter está regido por dos alelos, que se encuentran en cada cromosoma homólogo y en el mismo locus.

Homocigoto

Individuo que tiene los dos alelos para un carácter iguales.

Heterocigoto

Individuo que tiene alelos diferentes para el mismo carácter.

Alelo Dominante y Alelo Recesivo

En un individuo heterocigótico, si un alelo se manifiesta y el otro se silencia, el primero se llama dominante y el otro recesivo.

Herencia Dominante

Herencia en la cual hay un alelo dominante y otro recesivo.

Genotipo

Conjunto de genes de un individuo.

Fenotipo

Es la manifestación externa de un genotipo. Depende del genotipo y del ambiente, es decir: Fenotipo = Genotipo + Ambiente.

Herencia Intermedia

En este tipo de herencia, los dos alelos son equipotentes, siendo el fenotipo del heterocigótico una mezcla de ambos.

Herencia Codominante

En este tipo de herencia, los dos alelos son equipotentes y en el individuo heterocigótico se manifiestan por separado sin mezclarse.

Herencia Ligada al Sexo

Herencia en la cual intervienen caracteres cuyos loci están en el cromosoma X o en el Y, tengan o no que ver directamente con la determinación sexual.

Herencia Influida por el Sexo

Son caracteres cuyos genes van en autosomas, pero uno de ellos es dominante en un sexo y recesivo en el otro.