1. La Materia Viva

Definición

El término materia viva se utiliza para designar el tipo de materia de la que están formados todos los seres vivos.

Estado Físico de la Materia Viva

Los seres vivos son una compleja mezcla en la que hay disoluciones verdaderas, disoluciones coloidales y estructuras moleculares complejas asociadas de múltiples formas, definiéndose ello como el estado físico de la materia viva.

Los Bioelementos

Forman parte de los seres vivos, la mayoría se han encontrado en la materia viva y se clasifican en:

• Bioelementos Mayoritarios: Están presentes siempre en la materia viva y se dividen en primarios y secundarios. Los secundarios son menos abundantes.
  • Oligoelementos esenciales: Son esenciales para la vida, pero se encuentran en cantidades muy pequeñas (no superan el 0,1%).
  • Oligoelementos no esenciales: No son esenciales para todos los organismos.

Estructura del Agua

La molécula de agua está formada por 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Cada átomo de hidrógeno se une al átomo de oxígeno mediante un enlace covalente simple. La molécula del agua es dipolar, ello es debido a que, aunque la carga neta es 0, al ser el oxígeno más electronegativo que los hidrógenos, los oxígenos tienen 2 cargas distintas: una con carga negativa donde la densidad es mayor y otra con carga positiva donde la densidad es menor.

• El carácter polar de la molécula de agua es de gran importancia, ya que permite que las moléculas de agua se puedan unir entre sí mediante puentes de hidrógeno, que son atracciones electrostáticas que se producen entre un átomo electronegativo de una molécula y un átomo de hidrógeno de otra molécula que está unido mediante enlace covalente a otro átomo electronegativo.

Propiedades Fisicoquímicas del Agua

Debido a su carácter polar, el agua tiene una serie de propiedades muy características:

1. Tiene una elevada fuerza de cohesión gracias a los puentes de hidrógeno.
2. Elevada tensión superficial: Las moléculas de la superficie del agua experimentan fuerzas de atracción formándose una película superficial.
3. Tiene una elevada fuerza de adhesión, se pueden unir fuertemente a las paredes de los recipientes.
4. La densidad del agua en estado líquido es mayor que en estado sólido.
5. Elevada constante dieléctrica.

2. Sales Minerales

Son moléculas inorgánicas que están presentes en la materia viva en pequeña cantidad. Se pueden encontrar de varias formas:

• Precipitadas: Son insolubles y forman parte de estructuras sólidas; dan fuerza y rigidez. Tenemos 2: el carbonato y el fluoruro, que está en los dientes.
• Disueltas: Las encontraremos en los iones, que pueden ser aniones y cationes.

3. Lípidos

Características

Son biomoléculas orgánicas que están formadas siempre con C, O, H y a veces también por P, N y S. Todas estas tienen propiedades físicas en común, como que son poco solubles en agua y son solubles en disolventes orgánicos como el éter, cloroformo; son poco densos y son untuosos al tacto.

Son de los compuestos más importantes de la materia viva junto con los ácidos nucleicos por:

• Son los más abundantes, componen el 50% del peso en seco.
• Realizan una enorme variedad de funciones.

• Monomero: Es una molécula de pequeña masa molecular unida a otros monómeros, a veces cientos o miles, formando por medio de enlaces químicos, macromoléculas llamados polímeros.
• Polímeros: Son macromoléculas formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

4. Ácidos Nucleicos

Son biomoléculas orgánicas que contienen C, H, O, N y P, estructurados en unidades básicas llamadas nucleótidos.

En ella se codifica la información genética de los seres vivos, es decir, las instrucciones que conducen a cada organismo presente.

Nucleótidos

Contiene 3 componentes: una pentosa, un fosfato y una base nitrogenada (adenina, guanina, citosina, uracilo y timina). Son componentes de importancia fundamental para los seres vivos por desempeñar múltiples funciones:

• Forman polímeros de nucleótidos: Ácidos Nucleicos.
• Algunos de ellos actúan sin formar ácidos nucleicos, es decir, sin unirse entre sí, y su función es imprescindible:
  • ATP con funciones energéticas.
  • Formar coenzimas.

5. Teoría Celular

Sus principios básicos son:

• Es la unidad estructural, funcional y genética de los organismos, es decir, que todos estamos formados por ellas. Estos 3 principios se pueden resumir en uno solo: La célula es la unidad vital de la materia viva.

Tipos de Organización Celular

Todo tipo de células presenta estas características comunes:

• Mismo tipo de material y funcionamiento genético.
• Misma molécula energética: el ATP.
• Misma envoltura celular: la membrana citoplasmática.
• Reacciones bioquímicas catalizadas por enzimas.

Estructura Celular

: Hay 2 tipos de células procariota y eucariota

Procariota-  Su material genético no esta rodeado de envoltura por tanto carece de nucleo solo las bacterias y las cianobacterias tienen esta organización celular.

Eucariota: El material genético esta agrupado y envuelto por una membrana, constituyendo un nucleo verdadero todos los organismos excepto los anteriores presentan sus células esta organización .

Extructura de célula eucariota: presenta 3 extructuras bien diferenciadas la membrana citoplasmática que es una envoltura continua y flexible que rodea la celula separándola del medio externo y impidiendo la salida del contenido celular, citoplasma es el medio interno celular y se encuentra orgánulos con o sin membrana y una red de filamentos proteicos, nucleo es un orgánulo que dirige la vida celular normalmente solo hay uno por celula y esta rodeado de una doble membrana encontrándose en su interior el material genético el ADN y la síntesis de moléculas de ARN que pasaran al citoplasma y se traduciran a proteínas.

Ciclo celular: A lo largo de su vida las células pasan por varias etapas:

 la interfase-Es la porción de ciclo celular en el que la célula no esta dividiendoseo también con el tiempo que pasa entre 2 mitosis sucesivas es un proceso de duración muy variable: horas días semanas o años dependiendo del tipo de célula.

La fase mitóica-dura aproximadamente una hora y se divide en 2 fases que se solapan en parte:

1º-Mitosis y citocinesis Aunque es un proceso continuo, para su estudio se divide en cuatro etapas: 

a) Profase: Los filamentos de ADN se condensan y forman cromosomas. Aunque aún no se diferencian, cada cromosoma estará formado por las dos cromátidas idénticas formadas durante la fase S. Al final de la profase, la membrana nuclear se desintegra en pequeñas vesículas, los nucléolos se desorganizan y desaparecen y, en los centrómeros de cada cromosoma, se forman unos complejos proteínicos llamados cinetocoros.

b) Metafase: Los cromosomas, dirigidos por el huso mitótico, se desplazan hacia el plano ecuatorial de la célula, alineándose en la llamada placa metafásica.

c) Anafase: Se inicia con la separación simultánea de todos los cromosomas en sus correspondientes cromátidas. A continuación, cada juego de cromosomas, arrastrados por el huso mitótico, se dirige en unos pocos minutos hacia cada uno de los polos opuestos de la célula.

d) Telofase: Los microtúbulos del huso van desapareciendo, se forman nuevas membranas nucleares alrededor de cada uno de los dos conjuntos de cromosomas situados en ambos polos, y se reorganizan los respectivos nucléolos. Al final habrá dos núcleos, cada uno con una dotación completa de cromosomas formados por una sola cromátida que poco a poco se va descondensando.

2.2. Citocinesis2 

Mientras se produce la mitosis o división del núcleo, se inicia la citocinesis o división del citoplasma y, por tanto, de la célula completa. En este proceso los orgánulos citoplasmáticos se reparten de forma un tanto aleatoria.En las células animales la citocinesis se lleva a cabo mediante un anillo de filamentos contráctiles que poco a poco van estrangulando la célula por su plano ecuatorial 

En la citocinesis de las células vegetales se va formando una placa celular que separa las dos células hijas

La estructura de la célula eucariótica.: 1. La membrana citoplamática 

Es una envoltura continua y flexible, que rodea completamente a la célula separándola del medio externo e impidiendo la salida del contenido celular 

2. El citoplasma: Es el medio interno celular, conteniendo todo tipo de materiales orgánicos e inorgánicos, y donde se llevan a cabo ciertos procesos metabólicos.

2.1. El citoesqueleto 

Recorriendo todo el citoplasma hay una densa red de filamentos y túbulos proteicos de tres tipos, que forman el citoesqueleto

3.2.2. Estructuras membranosas 

Construídas por membrana celular de similar tipo a la membrana citoplásmica (celular). Son de dos tipos: el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi. 

a) Retículo endoplasmático (R.E.): sistema membranoso y tubular que se extiende por todo el citoplasma y comunica con la membrana nuclear. Puede llevar adosados a sus caras externas gran cantidad de ribosomas que fabrican proteínas enzimáticas y de membrana (R.E. granular ó rugoso), o bien no llevarlos, encargándose de la síntesis de lípidos de membrana y del transporte de sustancias (R.E. agranular ó liso). 

b) Aparato de Golgi: constituido por un conjunto de sacos, que forman una estructura llamada dictiosoma. Se sitúa cerca del núcleo y se encarga de organizar la circulación molecular de la célula, transportando, madurando y acumulando proteínas del R.E. rugoso y lípidos de membrana del R.E. liso.

3.2.3. Orgánulos con membrana:Conjunto de estructuras que tienen en común estar rodeadas por membrana celular, envolviendo su contenido interno. Son: a) Mitocondrias: orgánulos con doble membrana, la interna replegándose hacia el interior formando las crestas mitocondriales. Contienen en su interior (matriz mitocondrial) los enzimas necesarios para realizar oxidaciones moleculares Su función, por tanto, es la de fabricar energía.

b) Cloroplastos: orgánulos con doble membrana exclusivos de las células de tipo vegetal. Su interior (estroma) está recorrido por membranas internas (lamelas) llamadas tilacoides), de las que hay algunas alargadas (tilacoides de estroma) y otras más cortas y que se disponen de forma apilada entre las anteriores (tilacoides de grana ó simplemente grana).

c) Vacuolas: orgánulos rodeados de una envoltura membranosa, y en donde se almacenan diversos tipos de materiales: sustancias nutritivas, productos de desecho, pigmentos, taninos, etc. d) Lisosomas: vesículas rodeadas de membrana sencilla, formadas a partir de las cisternas del Aparato de Golgi.

e) Peroxisomas y Glioxisomas: son vesículas membranosas que se originan a partir de las membranas del R.E., y contienen enzimas de tipo oxidasa para efectuar oxidaciones moleculares sin liberar energía.

Estructuras sin membrana: 

Son orgánulos ó partículas que no están rodeadas de membrana celular. Básicamente son: b) Ribosomas: son partículas sin membrana, constituídas básicamente por proteínas y RNAr, estructuradas en dos subunidades que se unen cuando van a realizar su función específica: la síntesis de proteínas 

3.3. El núcleo: 

Es el orgánulo que dirige la vida celular. Normalmente sólo hay uno por célula y está rodeado de una doble membrana, encontrándose en su interior el material genético, el DNA. Su función es la reproducción de la célula (la transmisión de los caracteres genéticos) y la síntesis de moléculas de RNA (transcripción), que pasarán al citoplasma y se traducirán a proteínas

1. El metabolismo: procesos anabólicos y catabólicos: Todos los procesos metabólicos se pueden clasificar en dos tipos: procesos anabólicos, o de síntesis, y procesos catabólicos, o de degradación. Se puede decir que el anabolismo se inicia con la síntesis de los primeros compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas, mediante la fotosíntesis o la quimiosíntesis. Esos primeros pasos anabólicos sólo los pueden realizar los organismos autótrofos. Luego, a partir de moléculas orgánicas simples, se formarán, mediante diferentes rutas anabólicas, todos los componentes orgánicos de los seres vivos.

2. La fotosíntesis 2.1. Modalidades y fases de la fotosíntesis La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las sustancias inorgánicas simples se combinan para formar compuestos orgánicos simples, utilizando para ello la energía de la luz.

Esos procesos se dividen en dos fases: 

– Fase luminosa. Ocurre en la membrana tilacoidal de los cloroplastos. En ella la energía de la luz impulsa la formación de poder energético, en forma de ATP, y poder reductor, en forma de NADPH. – Fase oscura. Ocurre en el estroma de los cloroplastos. En ella la energía del ATP y el NADPH, obtenidos anteriormente, impulsan la reacciones para la formación de compuestos orgánicos simples a partir de sustancias inorgánicas.

3. Los procesos catabólicos 3.1. Esquema general del catabolismo 

En el curso de los procesos catabólicos las moléculas orgánicas se van degradando, paso a paso, hasta formar otras moléculas más simples y, finalmente, sustancias inorgánicas. 

– Fermentación. El aceptor final de electrones es un compuesto orgánico, por lo que se trata de una oxidación incompleta y un proceso anaerobio. 

Respiración celular. se trata de una respiración aerobia que realizan la mayoría de los organismos 

3.4. El catabolismo de los glúcidos 

Los glúcidos se consideran nutrientes energéticos (1 g de glúcidos aporta como promedio 4 kcal). En su catabolismo, primero los polisacáridos se descomponen hasta formar finalmente glucosa. Concretamente, en los animales, el glucógeno acumulado en las células hepáticas o en las fibras musculares se va hidrolizando por un proceso de glucogenolisis. 

GENÉTICA 

1. Aportaciones de Mendel al estudio de la herencia 

El monje agustino Gregor Mendel fue el primero en dar una explicación científica a la transmisión de ciertos caracteres hereditarios. En sus estudios empleó la planta del guisante (Pisum sativum) e investigó siete pares de caracteres de la planta (ver tabla adjunta). Mendel legó a la conclusión de que los caracteres están determinados por algo.

3. El ADN como portador de la información genética En 1869, F. Miescher, descubre en los núcleos celulares una sustancia blanca y ligeramente ácida a la que llamó nucleína. Posteriormente, se sabe que forma unos cuerpos alargados llamados cromosomas y que estos están formados por ácido desoxirribonucleico y proteínas. 

La información necesaria para la construcción y el funcionamiento de un organismo reside en el ADN, organizada en fragmentos denominados genes, los cuales están dispuestos linealmente unos a continuación de otros.

3.2. Replicación del ADN Watson y Crick después de encontrar la estructura en doble hélice del ADN propusieron una hipótesis. Dicha hipótesis llamada semiconservativa, según la cual se conserva una de las dos cadenas originales y se forma de nuevo la otra 

3.3. Transcripción La información que contiene el ADN ha de ser llevada y traducida para que se formen las proteínas.

4. Alteraciones en la información genética 

4.1. Mutaciones El material genético de cualquier ser vivo formado por ADN puede sufrir diversos tipos de alteraciones y a diferentes niveles ;a todas ellas se denominan mutaciones. Según como sea la alteración del material genético se diferencian tres grupos de mutaciones: génicas, cromosómicas y genómicas. Mutaciones génicas: son cambios moleculares en el interior de un gen, pueden ser de muy diverso. Las más comunes consisten en un cambio de una base nitrogenada por otra, la ausencia de una base y la adición de una base de más. 

Mutaciones cromosómicas: son modificaciones en la estructura de los cromosomas, afectando al orden o al número de los genes dentro de un cromosoma. Pueden ser:

 a) Translocaciones, homólogas  o heterólogas, consisten en el cambio de lugar de un segmento de cromosoma. b) Inversiones, un segmento de cromosoma se rompe, gira 180º y se suelda. c) Deleciones, pérdida de un segmento de cromosoma. d) Duplicaciones, un segmento de cromosoma se repite. 

Mutaciones genómicas:son alteraciones en el número normal de cromosomas de las células de una especie. Suelen ocurrir durante la meiosis al no producirse correctamente la separación de los cromosomas o de las cromátidas. Se diferencian dos clases: a) Aneuploidías. Alteraciones en el número normal de una dotación cromosómica. 

b) Euploidías. Alteraciones en el número de dotaciones cromosómicas. En una especie diploide lo normal son dos; cuando sólo existe una dotación se llama monoploidía, si se tienen tres, cuatro, o más se habla de poliploidía 

Las mutaciones pueden ser espontáneas o ser inducidas por el hombre. Los agentes capaces de producir mutaciones pueden ser: a) Físicos: radicaciones ionizantes (rayos X) y radiaciones no ionizantes (rayos ultravioletas). b) Químicos: diversas sustancias con poder mutagénico: ácido nitroso, agentes alquilantes, etc. 

2. Teoría cromosómica de la herencia En la época en la que Mendel realizó sus investigaciones no se conocían los genes ni el papel de la meiosis en la herencia de los caracteres. En 1902, W.S. Sutton en Estados Unidos y T. Boveri en Alemania, propusieron la hipótesis de que los factores hereditarios de Mendel se localizaban en los cromosomas, ya que creían que la separación de los cromosomas durante la meiosis era la base para explicar las leyes de Mendel. En 1911, T.H. Morgan, después de realizar numerosos experimentos con la mosca de la fruta o del vinagre (Drosophila melanogaster) concluyó que muchos caracteres se heredan juntos debido a que los genes que los codifican se encuentran juntos en un mismo cromosoma, es decir, se hallan ligados. Nace así la teoría cromosómica de la herencia y hoy día puede resumirse en los siguientes postulados: 

a) Los factores (genes) que determinan los factores hereditarios del fenotipo se localizan en los cromosomas. b) Cada gen ocupa un lugar específico o locus dentro de un cromosoma concreto. c) Los genes se encuentran dispuestos linealmente a lo largo de cada cromosoma, la distancia entre genes se mide en centimorgan. d) Los genes alelos se encuentran en el mismo locus de la pareja de cromosomas homólogos.

 4. La meiosis: un proceso necesario para la reproducción sexual del organismo 

Las células eucariotas, en principio, se multiplican siempre por mitosis. De este modo se pueden reproducir los organismos unicelulares y crecen o se reproducen de forma asexual los pluricelulares. Sin embargo, cuando un organismo recurre a la reproducción sexual, ello implica necesariamente la fecundación o fusión de dos células reproductoras o gametos. 

la meiosis surge como un proceso necesario para la reproducción sexual de los organismos (no para la reproducción celular). Básicamente, durante la meiosis, una célula diploide (2n), con dos cromosomas homólogos de cada tipo, dará origen a cuatro células haploides (n), con un sólo cromosoma de cada tipo. 

El proceso de la meiosis tiene una duración variable, pero es mucho más largo que la mitosis, suele durar varios días y a veces dura semanas o incluso años. 

-Primera división meiótica. Como en la mitosis, cada cromosoma se habrá replicado previamente en dos cromátidas genéticamente idénticas, pero en lugar de separarse se comportan al principio como una sola unidad. En esta división se distinguen: 

Profase I. Los cromosomas se van condensando. Al mismo tiempo, cada pareja de cromosomas homólogos se reconocen, y se van apareando o uniendo a lo largo de toda su longitud, mediante el proceso de sinapsis cromosómica, originando un bivalente de dos cromosomas y cuatro cromátidas.