Conceptos Fundamentales de Biología Molecular y Celular

Genética y Biotecnología

Mutaciones

Las mutaciones son cambios en la secuencia de una base nitrogenada que aparecen al azar. Se producen de forma espontánea y natural.

Ingeniería Genética

La ingeniería genética comprende todas las técnicas que permiten retirar, modificar o agregar genes a una molécula de ADN.

Proceso de Ingeniería Genética (Ejemplo: Producción de Insulina)

1. Se localiza el gen que se desea transferir.
2. Se aísla el gen.
3. Se inserta ese gen en otro ADN, formando un ADN recombinante.
4. Este gen se introduce en una célula receptora.
5. Se confirma que esta célula receptora es capaz de traducir el mensaje genético.
6. Se clona la bacteria, produciendo muchas bacterias capaces de sintetizar insulina.

Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)

La PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa) es una técnica que sirve para producir millones de copias de un fragmento de ADN.

Composición Química de los Seres Vivos: Bioelementos y Biomoléculas

Bioelementos Secundarios

Los bioelementos secundarios son esenciales en menor proporción que los primarios, pero vitales para las funciones biológicas:

• Azufre: Se encuentra formando parte de los aminoácidos y algunas coenzimas.
• Fósforo: Forma los ácidos nucleicos, parte de coenzimas y fosfolípidos, componentes esenciales de las membranas biológicas.
• Magnesio: Forma parte de la clorofila y es un importante catalizador enzimático.
• Calcio: Está presente en forma de iones e interviene en la contracción muscular, la coagulación sanguínea y la transmisión del impulso nervioso.
• Sodio: Es un catión abundante, necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular.
• Potasio: Muy importante para la conducción nerviosa y la contracción muscular.
• Cloro: Necesario para el balance hídrico en la sangre.

Oligoelementos

Los oligoelementos son bioelementos que se requieren en cantidades muy pequeñas, pero son indispensables:

• Hierro: Es un catalizador, interviene en la respiración celular y se encuentra en la hemoglobina. También es esencial para la síntesis de clorofila en plantas.
• Manganeso: Interviene en la fotólisis del agua durante la fotosíntesis en las plantas.
• Yodo: Es necesario para la síntesis de tiroxina.
• Flúor: Componente del esmalte dental y contribuye a la salud de los huesos.
• Cobalto: Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina.
• Silicio: Aporta resistencia y endurece los tejidos conectivos.
• Cromo: Interviene con la insulina en la regulación de la glucosa en la sangre.
• Zinc: Es un catalizador enzimático.
• Litio: Influye en la función de los neurotransmisores y en la permeabilidad celular.
• Molibdeno: Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de nitratos.

El Agua

El agua es una molécula simple y singular, la sustancia más abundante de la biosfera, presente en sus tres estados. Está formada por un átomo de oxígeno unido covalentemente a dos átomos de hidrógeno.

Funciones y Propiedades del Agua

1. Acción Disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve, cumpliendo dos funciones principales:
   1. Sirve como medio donde ocurren las reacciones del metabolismo.
   2. Actúa como sistema de transporte.
2. Elevada Fuerza de Cohesión: Mantiene las moléculas de agua unidas entre sí, formando una estructura compacta.
3. Elevada Fuerza de Adhesión: Es debida a los puentes de hidrógeno que establece entre las moléculas de agua y otras superficies.
4. Gran Calor Específico: Está relacionada con la presencia de puentes de hidrógeno.
5. Elevado Calor de Vaporización: Los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper estos puentes y, posteriormente, dotar a las moléculas de agua de la energía necesaria para pasar del estado líquido al gaseoso.

Sales Minerales

Las sales minerales se clasifican en:

• Solubles: Se disuelven en agua, formando cationes y aniones. Sus funciones son principalmente catalíticas y osmóticas.
• Insolubles: Se presentan en forma sólida, con una función estructural, como en los esqueletos de vertebrados.

Biomoléculas Orgánicas

Glúcidos (Carbohidratos)

Los glúcidos (o carbohidratos) son biomoléculas constituidas por Carbono (C), Hidrógeno (H) y Oxígeno (O).

Tipos de Glúcidos

• Monosacáridos: Son sustancias blancas, con sabor dulce, cristalizables y solubles en agua.
  • Glucosa: Es un monosacárido de seis carbonos que se utiliza para construir otras moléculas.
  • Fructosa: Es un monosacárido de seis carbonos que se encuentra libre en las frutas o unida a la glucosa (formando sacarosa).
  • Ribosa: Es un monosacárido de cinco carbonos que forma parte del ARN y es un componente estructural de los nucleótidos.
  • Desoxirribosa: Es un monosacárido que forma parte de la estructura de los nucleótidos del ADN.
• Ósidos: Son glúcidos formados por la unión de varios monosacáridos.
• Polisacáridos: No tienen sabor dulce y no cristalizan. Cumplen funciones de reserva energética o tienen acción estructural.

Lípidos

Los lípidos son biomoléculas orgánicas que pueden contener fósforo y nitrógeno.

Prótidos (Proteínas y Péptidos)

Los prótidos son biomoléculas orgánicas que se clasifican según su tamaño.

Las proteínas y los péptidos se forman por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico.

Vitaminas: Cofactores Esenciales para la Vida

Las vitaminas son sustancias orgánicas que, aunque no aportan energía directamente, son esenciales para el correcto funcionamiento del metabolismo.

• Vitamina C (Ácido Ascórbico): Tiene efecto antioxidante, contribuye a la función inmunológica, mejora la visión y es imprescindible en la formación de colágeno. Se encuentra en frutas, especialmente en cítricos.
• Vitamina B1 (Tiamina): Ayuda al metabolismo energético, liberando energía a partir de hidratos de carbono. Se encuentra en hígado, carne de cerdo y cereales integrales.
• Vitamina B2 (Riboflavina): Interviene en la transformación de los alimentos en energía y ayuda a conservar una buena salud visual. Se encuentra en lácteos, carne, huevos y frutos secos.
• Vitamina B3 (Niacina): Clave en la obtención de energía a partir de los glúcidos o hidratos de carbono. Está presente en carne, pescado, patatas, cereales y frutos secos.
• Vitamina B5 (Ácido Pantoténico): Participa en el metabolismo energético y en la síntesis de grasas. Se encuentra en legumbres, carne, pescado, verduras y fruta.
• Vitamina B6 (Piridoxina): Interviene en el metabolismo de los ácidos grasos y de las proteínas. Está altamente presente en carne, pescado, huevos y cereales.
• Vitamina B8 (Biotina): Tiene un rol importante en el metabolismo de hidratos de carbono, proteínas y ácidos grasos. Se encuentra en huevos, lácteos, carne, pescado o legumbres.
• Vitamina B9 (Ácido Fólico): Su papel es muy importante en la formación de las células sanguíneas. Se encuentra en los vegetales de hoja verde.
• Vitamina B12 (Cobalamina): Es necesaria para las células que se encuentran en fase activa de división. Se encuentra exclusivamente en alimentos de origen animal.