Niveles de Organización Biológica

La biología estudia la vida en diferentes niveles de complejidad, desde las estructuras más simples hasta los sistemas más complejos. A continuación, se describe la escala de organización biológica de menor a mayor:

• Átomo: Es la unidad básica de la materia.
• Molécula: Unión de dos o más átomos.
• Celular: Las moléculas se agrupan en células, unidades con vida propia y capacidad de autorreplicación.
• Tisular: Las células se organizan en tejidos, como el epitelial, adiposo, nervioso y muscular.
• Órganos: Los tejidos se estructuran en órganos, como el corazón, bazo, pulmones, cerebro y riñones.
• Sistémico o de aparatos: Los órganos se agrupan en sistemas o aparatos que cumplen funciones específicas.
• Organismo: Nivel de organización superior en el que células, tejidos, órganos y aparatos funcionan de manera integrada.
• Población: Conjunto de organismos de la misma especie que habitan en un área determinada.
• Comunidad: Conjunto de poblaciones de diferentes especies que interactúan en un lugar determinado.
• Ecosistema: Interacción de la comunidad biológica con el medio físico.
• Región: Nivel superior al de paisaje, que agrupa varios paisajes en una superficie geográfica.
• Bioma: Ecosistemas de gran tamaño con características climáticas y biológicas similares.
• Biosfera: Conjunto de todos los seres vivos y componentes inertes del planeta.

Procesos Celulares Fundamentales

Las células llevan a cabo diversos procesos esenciales para la vida:

• Metabolismo: Conjunto de reacciones químicas que ocurren en el interior de la célula.
• Homeostasis: Capacidad de los seres vivos para mantener un ambiente interno estable a pesar de los cambios externos.
• Irritabilidad: Capacidad de los seres vivos para responder a estímulos.
• Adaptación: Característica que facilita la supervivencia de un organismo en un ambiente determinado.

Componentes Celulares

Componentes Inorgánicos

• Agua: Componente inorgánico más abundante en la célula (65-95% de la masa celular).
• Iones: Mantienen la presión osmótica celular (Na, K, Cl, Mg, Mn).

Componentes Orgánicos

El carbono es el elemento fundamental de los compuestos orgánicos celulares. C, H, O y N forman la mayor parte de las moléculas orgánicas.

• Carbohidratos: Principal fuente de energía celular. Forman parte de la estructura de las membranas y participan en la formación de otros compuestos.
• Lípidos: Macromoléculas formadas por C, H y O. Cumplen funciones estructurales, de reserva energética, absorción de vitaminas liposolubles y síntesis de hormonas.
• Proteínas: Macromoléculas formadas por C, H, O y N. Sus unidades estructurales son los aminoácidos. Tienen funciones estructurales, de regeneración celular y enzimáticas.
• Enzimas: Catalizadores biológicos que aceleran las reacciones químicas.
• Vitaminas: Actúan como coenzimas. Las vitaminas C y del complejo B son hidrosolubles, mientras que las vitaminas A, D, E y K son liposolubles.
• Ácidos nucleicos (ADN y ARN): Constituidos por un azúcar, una base nitrogenada y un radical fosfato. La timina y el uracilo se unen a la adenina, mientras que la citosina se une a la guanina. La adenina y la guanina son bases nitrogenadas púricas. Cloroplastos, ribosomas y mitocondrias contienen ADN. La ribosa es el azúcar del ARN. El fosfato une a los azúcares en los nucleótidos.

Teoría Celular

La teoría celular es uno de los pilares fundamentales de la biología:

• Robert Hooke: Acuñó el término «célula».
• Matías Schleiden: Botánico alemán que propuso que la célula es la unidad anatómica y fisiológica de los vegetales.
• Theodor Schwann: Zoólogo alemán que propuso que la célula es la unidad anatómica y fisiológica de los animales.
• Rudolf Virchow: Patólogo alemán que propuso que la célula es la unidad de origen de los vegetales y animales.

Postulados de la Teoría Celular Moderna

• La célula es la unidad anatómica de todo ser vivo.
• La célula es la unidad fisiológica de todo ser vivo.
• La célula es la unidad de origen de todo ser vivo.

Estructura Celular

Las células eucariotas presentan las siguientes estructuras principales:

• Membrana celular o citoplasmática: Delimita la célula y regula el intercambio de sustancias.
• Citoplasma: Porción celular entre la membrana celular y el núcleo. Contiene los organelos y es el sitio donde ocurren la mayoría de los procesos metabólicos.
• Núcleo: Estructura que contiene el material genético (ADN).

Organelos Celulares

• Citoesqueleto: Red de proteínas (actina, miosina y tubulina) que da forma y soporte a la célula, y participa en el movimiento celular.
• Cilios y flagelos: Estructuras externas que permiten el desplazamiento celular.
• Ribosomas: Sintetizan proteínas.
• Centriolos: Participan en la formación del huso acromático durante la división celular.
• Retículo endoplasmático: Síntesis y transporte de lípidos, e intercambio de materiales intracelulares.
• Aparato de Golgi: Glucosidación y empaquetamiento de lípidos y proteínas. Sus unidades son los dictiosomas.
• Lisosomas: Digestión celular.
• Mitocondria: Producción de energía (ATP) a través de la respiración celular. Posee doble membrana.
• Vacuola: Almacena o transporta diversos materiales.
• Plasto o plástido: Almacena alimentos y pigmentos.
• Grana: Estructura membranosa de los cloroplastos.
• Tilacoide: Unidad estructural de los grana en los cloroplastos.
• Lamela: Estructura membranosa que une las grana en los cloroplastos.
• Pared celular: Estructura externa a la membrana celular que da forma, rigidez y protección a la célula. Está compuesta por celulosa, pectina o quitina.

Núcleo

• Cromatina: ADN nuclear en estado no condensado (durante la interfase).
• Cromosomas: ADN nuclear condensado (durante la división celular).
• ARN: Se localiza en el núcleo (nucléolo) y en los ribosomas.

Tipos de ARN y sus funciones en la síntesis de proteínas

• ARN mensajero (ARNm): Transporta la información genética del ADN al citoplasma.
• ARN de transferencia (ARNt): Transporta los aminoácidos al ribosoma.
• ARN pequeño nuclear (ARNsn): Separa los intrones de los exones.

Metabolismo Celular

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula. Se divide en dos tipos de procesos:

• Anabolismo: Reacciones de síntesis o construcción de moléculas complejas a partir de moléculas simples.
• Catabolismo: Reacciones de degradación o destrucción de moléculas complejas en moléculas simples.

El Trifosfato de Adenosina (ATP) es la molécula energética principal de la célula. Está formada por adenina, ribosa y tres grupos fosfato.

Respiración Celular

La respiración celular es el proceso por el cual las células obtienen energía (ATP) a partir de la oxidación de carbohidratos, lípidos y proteínas.

Respiración Aerobia

Requiere oxígeno. Se divide en tres etapas:

• Glucólisis: Ruptura de la glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico. Ocurre en el citoplasma.
• Ciclo de Krebs (Ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos): Ruta metabólica que forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas. En células eucariotas se realiza en la mitocondria y en presencia de oxígeno para formar ATP, en células procariotas se realiza en el citoplasma, específicamente en el citosol.
• Transporte de electrones: Cadena de reacciones que produce la mayor cantidad de ATP.

Fotosíntesis

La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas y otros organismos fotosintéticos convierten la energía luminosa en energía química (glucosa).

Ciclo de Calvin

Conjunto de reacciones que ocurren en el estroma de los cloroplastos durante la fase oscura de la fotosíntesis. Utiliza ATP, NADPH y CO₂ para sintetizar glucosa.

Respiración Celular Anaerobia

Ocurre en ausencia de oxígeno. La fermentación es un ejemplo de respiración anaerobia. Existen dos tipos principales:

• Fermentación láctica: Convierte el ácido pirúvico en ácido láctico.
• Fermentación alcohólica: Convierte el ácido pirúvico en etanol y dióxido de carbono.

Transporte en Organismos

Linfa: Transporta nutrientes y desechos en animales.

Xilema: Tejido vascular que transporta agua y minerales desde la raíz hasta la parte superior de la planta.

Floema: Tejido vascular que transporta azúcares y otros nutrientes en forma ascendente y descendente.

Savia: Fluido transportado por el xilema y el floema en las plantas.

Translocación: Transporte de azúcares desde las hojas a todos los tejidos de la planta, realizado por la savia.

Estomas: Aberturas en las hojas que regulan el intercambio gaseoso y la transpiración.

Arterias: Vasos sanguíneos que transportan sangre rica en oxígeno desde el corazón a las células.

Corazón: Órgano que bombea la sangre en el sistema circulatorio.

Nutrición

Nutrición: Proceso por el cual los organismos asimilan los alimentos y los líquidos necesarios para su funcionamiento.

• Organismos autótrofos: Sintetizan su propio alimento a partir de sustancias inorgánicas.
• Organismos heterótrofos: Obtienen su alimento a partir de materia orgánica ya elaborada.

Reproducción Celular

Crecimiento Celular

Proceso por el cual las células aumentan de tamaño y se reproducen.

Ciclo Celular

Representa el ciclo vital de la célula. Se divide en dos fases:

• Interfase: Período entre divisiones celulares. Se subdivide en:
  • G1: Fase de crecimiento, síntesis de proteínas y ARN.
  • S: Duplicación del ADN.
  • G2: Preparación para la división celular.
• División celular (Mitosis o Meiosis)

Núcleo Interfásico

Componentes:

• Membrana nuclear (cariomembrana o carioteca): Membrana doble y porosa con ribosomas adheridos.
• Carioplasma (nucleoplasma o cariolinfa): Gel proteico que contiene los componentes nucleares.
• Nucléolo: Contiene ARNr, componente principal de los ribosomas.
• Cromatina: Conjunto de moléculas de ADN en forma no espiral.

Mitosis

Proceso de división celular que produce dos células hijas idénticas a la célula madre.

• Profase: Condensación de los cromosomas. Desaparece la membrana nuclear y el nucléolo.
• Metafase: Los cromosomas se alinean en el ecuador del huso acromático.
• Anafase: Las cromátidas hermanas se separan y migran hacia los polos opuestos de la célula.
• Telofase: Los cromosomas se descondensan. Se forma la membrana nuclear alrededor de cada conjunto de cromosomas. Ocurre la citocinesis (división del citoplasma).

Reproducción Asexual

No hay unión de gametos.

• Bipartición o fisión binaria: División de una célula en dos células hijas idénticas (bacterias, amibas).
• Gemación: Formación de una yema en la superficie del progenitor que se separa y forma un nuevo organismo (hidras, corales, levaduras).
• Fragmentación: Un nuevo organismo se origina a partir de fragmentos del organismo progenitor (estrellas de mar).
• Esporulación: Formación de esporas (bacterias como Clostridium tetani, hongos).
• Multiplicación vegetativa: Reproducción asexual en vegetales.

Reproducción Sexual (Meiosis)

Implica la unión de gametos (óvulo y espermatozoide) para formar un cigoto.

Meiosis

Proceso de división celular que produce cuatro células hijas haploides (n) a partir de una célula madre diploide (2n).

Meiosis I

• Interface: Duplicación del ADN.
• Profase I: Formación de los cromosomas y entrecruzamiento (intercambio de material genético entre cromosomas homólogos).
• Metafase I: Los cromosomas homólogos se alinean en el ecuador del huso acromático.
• Anafase I: Los cromosomas homólogos se separan y migran hacia los polos opuestos de la célula.
• Telofase I: Se forman dos células hijas haploides.

Meiosis II

Las dos células haploides (n) procedentes de la primera fase se dividen originando cada una de ellas dos células hijas haploides (n). Profase II. Se forman los cromosomas y se rompe el núcleo. Metafase II. Los cromosomas se colocan en el centro celular y se fijan al huso acromático. Anafase II. Los cromosomas se separan y son llevados a los polos de la célula. Telofase II. Se forman los núcleos. Los cromosomas se convierten en cromatina y se forman las células hijas, cada una con una información genética distinta.

En los individuos machos, la gametogénesis recibe el nombre de espermatogénesis y tiene lugar en los órganos reproductores masculinos. En los individuos hembras, la gametogénesis recibe el nombre de ovogénesis y se realiza en los órganos reproductores femeninos.