Introducción a la Biología

La biología es la ciencia enfocada en el estudio de la vida y los sistemas biológicos.

Su desarrollo ha sido impulsado mediante:

• Observación
• Experimentación
• Desarrollo de teorías

El Método Científico

Es un conjunto de pasos sistemáticos empleados en la investigación para analizar y dar respuesta a fenómenos que ocurren en la naturaleza.

• Observación
• Planteamiento del problema
• Marco teórico
• Hipótesis
• Experimentación
• Análisis de resultados
• Conclusión
• Difusión

Paradigmas Biológicos

Son pilares fundamentales que han guiado la forma en que los científicos entienden la vida y sus procesos.

1. Teoría de la Evolución

Relacionada con Charles Darwin y Alfred Russel Wallace. Se aborda la evolución y la selección natural.

2. Teoría de la Herencia

Relacionada con Gregor Mendel. Se enfoca en la transmisión de caracteres hereditarios.

3. Teoría Celular

Relacionada con científicos como:

• Matthias Schleiden
• Theodor Schwann

La teoría celular considera que todos los seres vivos están formados por células.

4. Teoría de la Homeostasis

Relacionada con Claude Bernard y posteriormente desarrollada por Walter Cannon. Se relaciona con la capacidad de los organismos para mantener condiciones internas relativamente estables.

Características de los Seres Vivos

Existen diversas características fundamentales que permiten identificar a los seres vivos:

• Organización: Los seres vivos presentan una organización estructural compleja.
• Metabolismo: Conjunto de procesos químicos mediante los cuales los organismos obtienen y utilizan materia y energía.
• Homeostasis: Capacidad de mantener condiciones internas relativamente estables.
• Crecimiento: Incremento en el tamaño y desarrollo del organismo.
• Movimiento: Los seres vivos pueden presentar movimiento.
• Irritabilidad: Capacidad de responder a estímulos externos e internos.
• Reproducción: Capacidad de producir nuevos individuos.
• Adaptación: Capacidad relacionada con cambios que permiten a los organismos responder a las condiciones de su ambiente.
• Nutrición: Proceso mediante el cual los organismos obtienen materia y energía.

Materia y Niveles de Organización

La materia viva se organiza en diferentes niveles de complejidad:

• Subatómico
• Atómico
• Molecular
• Subcelular
• Celular
• Tisular
• Órgano
• Sistema
• Especie
• Población
• Comunidad
• Ecosistema
• Biosfera

Disciplinas, Ciencias Auxiliares y Ramas de la Biología

Ciencias Auxiliares

• Química
• Física
• Matemáticas
• Geografía
• Historia

Ramas de la Biología

• Microbiología: Estudio de los microorganismos.
• Paleontología: Estudio de los fósiles.
• Ecología: Relaciones de los seres vivos con el ambiente.
• Citología: Estudio de las células.
• Evolución: Transformación de los seres vivos a lo largo del tiempo.
• Taxonomía: Clasificación de los seres vivos.
• Zoología: Estudio de los animales.
• Genética: Estudio de la herencia.
• Botánica: Estudio de las plantas.

Origen de la Vida: Teoría Quimiosintética

Propuesta por Aleksandr Ivánovich Oparín en 1924, postula que la vida surgió de compuestos orgánicos formados a partir de sustancias inorgánicas. John Haldane coincidió con esta hipótesis de la «sopa primitiva».

La Tierra primitiva carecía de oxígeno y era rica en hidrógeno, metano y amoníaco. La radiación solar, las tormentas eléctricas y la actividad volcánica favorecieron la formación de moléculas prebióticas, dando lugar a proteínas, polisacáridos y ácidos nucleicos cuya acumulación en el océano formó la llamada sopa primitiva.

• Protobiontes: Moléculas con estructura esférica sin membrana.
• Coacervados: Estructuras con membrana.

Los experimentos de Stanley Miller y Harold Urey comprobaron estas bases.

Bioelementos y Biomoléculas

Bioelementos

Los bioelementos son los elementos químicos presentes en los seres vivos.

• Primarios (96%): C, H, O, N, P, S
• Secundarios (3.5%): Ca, Mg, Na, K, Cl
• Oligoelementos (0.5%): Fe, Zn, Cu, I, F, Mn, Se, Molibdeno

Biomoléculas

Los bioelementos se combinan para formar las biomoléculas que constituyen a los seres vivos.

1. Inorgánicas

• Agua
• Sales minerales

2. Orgánicas

• Carbohidratos
• Lípidos
• Proteínas
• Ácidos nucleicos

El Agua y Sales Minerales

Propiedades Fisicoquímicas del Agua

1. Menor densidad en estado sólido
2. Alto calor específico
3. Alto calor de vaporización
4. Gran poder disolvente
5. Cohesión y adhesión
6. Alta tensión superficial
7. Capilaridad
8. Disociación y pH
9. Reactividad química

Sales Minerales

Elementos esenciales que incluyen Calcio, Hierro, Magnesio, Fósforo y Potasio.

Carbohidratos

Los carbohidratos son biomoléculas orgánicas formadas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Desempeñan funciones vitales como fuente de energía, almacenamiento de energía y formación de estructuras celulares.

Clasificación

A) Monosacáridos

Son los carbohidratos más simples.

• Pentosas (ej. Ribosa, Desoxirribosa)
• Hexosas (ej. Glucosa, Fructosa, Galactosa)

B) Disacáridos

Se forman por la unión de dos monosacáridos:

• Sacarosa: Glucosa + Fructosa
• Lactosa: Glucosa + Galactosa
• Maltosa: Glucosa + Glucosa

C) Polisacáridos

Son polímeros formados por cadenas largas de monosacáridos.

• Celulosa: Relacionada con estructuras vegetales.
• Quitina: Relacionada con estructuras de organismos como artrópodos.
• Glucógeno: Relacionado con el almacenamiento de energía en animales.

Lípidos

Son moléculas orgánicas relacionadas con la reserva y obtención de energía, además de cumplir funciones estructurales y hormonales.

Clasificación General

• Lípidos saponificables: Ácidos grasos, triglicéridos, fosfolípidos y ceras.
• Lípidos insaponificables: Esteroides y hormonas esteroideas.

Tipos Principales

• Triglicéridos: Lípidos formados por una molécula de glicerol y tres ácidos grasos.
• Fosfolípidos: Componentes esenciales de las membranas celulares.
• Ceras: Se relacionan con estructuras protectoras.
• Esteroides: Incluyen moléculas importantes como el colesterol.
• Hormonas esteroideas: Participan en funciones de regulación hormonal.

Proteínas

Las proteínas están formadas por la unión de aminoácidos y cumplen funciones estructurales, enzimáticas y de transporte en los seres vivos.

Estructura de las Proteínas

1. Estructura primaria: Corresponde a la secuencia lineal de aminoácidos.
2. Estructura secundaria: Se refiere al plegamiento local de la cadena peptídica.
3. Estructura terciaria: Representa una estructura tridimensional compleja.
4. Estructura cuaternaria: Se presenta cuando participan varias cadenas polipeptídicas.

Desnaturalización

Fenómeno que involucra cambios físicos y químicos que afectan la estructura tridimensional de las proteínas, alterando su función.

Ácidos Nucleicos

Son macromoléculas fundamentales para el almacenamiento y transmisión de la información genética.

• ADN (Ácido Desoxirribonucleico)
• ARN (Ácido Ribonucleico)

Estructura del Nucleótido

Los ácidos nucleicos están formados por unidades básicas llamadas nucleótidos, compuestos por:

• Grupo fosfato
• Azúcar (Pentosa)
• Base nitrogenada

Tipos de Ácidos Nucleicos

• ADN: Almacena la información genética hereditaria.
• ARN: Participa en la síntesis de proteínas y se divide en:
  • ARNm: Mensajero
  • ARNt: De transferencia
  • ARNr: Ribosomal