Bioelementos y Biomoléculas: Los Componentes Esenciales de la Vida

Bioelementos

• Primarios: 99% de la masa celular. Forman cadenas. Carbono (C), Nitrógeno (N), Hidrógeno (H), Oxígeno (O).
• Secundarios: 0.9%. Sodio (Na), Potasio (K), Cloro (Cl), Calcio (Ca).
• Oligoelementos: 0.1%. Esenciales para la vida celular. Hierro (Fe), Cobre (Cu), Flúor (F).

El Agua (H₂O)

Biomolécula inorgánica formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Es una molécula dipolar (neutra, pero con un polo positivo y otro negativo). Se une a otras moléculas de agua mediante puentes de hidrógeno (débiles).

Propiedades del Agua

• Líquida a temperatura ambiente.
• Alto calor específico y de evaporación.
• Elevada tensión superficial.
• Menor densidad en estado sólido.

Funciones del Agua

• Amortiguador térmico (evita cambios bruscos de temperatura).
• Disolvente de la mayoría de las biomoléculas. Las reacciones químicas celulares ocurren en medio acuoso.
• Esqueleto hidrostático (mantiene la forma celular).
• Transporte.
• Estructural (la presión del agua mantiene el volumen y forma de las células sin membrana rígida).
• Determinación del pH.

Sales Minerales

Biomolécula inorgánica presente en el organismo en dos estados:

Sales Precipitadas

Estado sólido. Función estructural, protección y sostén. Ejemplos: dientes, huesos.

Sales en Disolución

Disueltas en agua. Regulan el paso de agua a la célula. En forma de iones, importantes para la célula. Control del equilibrio hídrico celular (osmosis):

1. Poca concentración: el agua sale de la célula.
2. Igual concentración: entra y sale la misma cantidad de agua.
3. Mucha concentración: entra mucha agua a la célula.

Glúcidos (Hidratos de Carbono)

Biomoléculas orgánicas. Funciones: energética, reserva, estructural.

Tipos de Glúcidos

• Monosacáridos: Estructura básica, función energética. Ribosa y desoxirribosa (pentosas = 5 carbonos), Glucosa (6 carbonos).
• Disacáridos: Dos monosacáridos, función energética (lactosa, maltosa, sacarosa).
• Polisacáridos: Más de dos monosacáridos, función de reserva y estructural. No son dulces ni solubles en agua (vegetales: celulosa; animales: glucógeno).

Lípidos (Grasas)

Biomoléculas orgánicas. Funciones: hormonal, estructural, protección, reserva, energética.

Tipos de Lípidos

• Saponificables: Con ácidos grasos (se convierten en jabón con un pequeño cambio químico). Ejemplos: fosfolípidos (membrana celular), triglicéridos (energéticos y protección).
• Insaponificables: Derivan del isopreno, no se convierten en jabón, sin ácidos grasos. Ejemplos: colesterol, terpenos.

Proteínas

Biomoléculas orgánicas grandes, formadas por la unión de aminoácidos (grupo amino = NH₂, un carbono = C, R, un hidrógeno = H, grupo ácido = COOH). Existen 20 tipos de aminoácidos que se unen formando cadenas.

Funciones de las Proteínas

Determinadas por su estructura:

• Enzimática (acelera reacciones químicas).
• Inmunológica (anticuerpos – Ig).
• Transporte (hemoglobina).
• Reserva (almacena aminoácidos).
• Hormonal.
• Contractil.
• Energética.
• Protectora.

Ácidos Nucleicos

Biomoléculas orgánicas grandes formadas por la unión de nucleótidos.

Nucleótidos

Formados por:

1. Monosacárido (ribosa o desoxirribosa).
2. Ácido fosfórico (P).
3. Base nitrogenada (adenina, timina, citosina, guanina, uracilo).

ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

• Formado por doble cadena enrollada en doble hélice de nucleótidos.
• Se encuentra en el núcleo de las eucariotas y en el citoplasma de las procariotas.
• Portador del mensaje genético.
• Su monosacárido es la desoxirribosa.
• Complementariedad de las bases nitrogenadas: timina (T), adenina (A), citosina (C), guanina (G).

ARN (Ácido Ribonucleico)

• Formado por una cadena de nucleótidos.
• Su monosacárido es la ribosa.
• Complementariedad de las bases nitrogenadas: adenina (A), uracilo (U), citosina (C), guanina (G).
• Función: descodificar y transmitir la información contenida en el ADN, síntesis de proteínas en los ribosomas.
• Tipos de ARN: mensajero (mRNA), transferencia (tRNA), ribosómico (rRNA).

Organización Celular y Funciones Vitales

Niveles de Complejidad y Organización de la Materia

• No vivos: átomo, molécula.
• Vivos: célula (parte más pequeña de los seres vivos), tejidos, órganos, sistemas/aparatos, organismos.

Tres Funciones Vitales

• Nutrición: Captar materia o energía y transformarla en materia o energía propia.
• Relación: Captar y responder a estímulos del medio o de otras células.
• Reproducción: Duplicar su material genético y transmitirlo a su descendencia.

Teoría Celular

• Toda célula procede de otra célula.
• Realiza las tres funciones vitales (nutrición, relación, reproducción).
• Toda célula posee la información genética de su progenitora y la transmite a sus descendientes.
• Todos los seres vivos están formados por células.

Nutrición Autótrofa

Implica que SÍ puede fabricar materia orgánica.

Nutrición Heterótrofa

Implica que NO puede fabricar materia orgánica.

Tipos de Células: Procariotas y Eucariotas

Células Procariotas

• No poseen núcleo; su material genético está disperso en el citoplasma (ADN circular).
• Algunas poseen plásmidos.
• Carecen de orgánulos con membrana; en su lugar, tienen pliegues en la membrana plasmática (mesosomas).
• Presentan una pared de mureína.
• Pertenecen al reino Monera (bacterias y cianobacterias).
• Su metabolismo es aeróbico (con oxígeno) y anaeróbico (sin oxígeno).
• Tienen ribosomas.
• Organización celular: unicelulares.

Estructura de la Célula Procariota

1. Envoltura externa o cubierta (de afuera hacia adentro): cápsula, pared celular, membrana celular (fosfolípidos y proteínas, sin colesterol).
2. Citoplasma.
3. Nucleoide (centro de la célula, no rodeado por membrana nuclear, contiene ADN circular no unido a proteínas).
4. Plásmidos (moléculas de ADN que se intercambian a través de los pili).
5. Ribosomas (síntesis de proteínas, 70S).
6. Pili (comunicación e intercambio de materiales).
7. Flagelos (permiten el desplazamiento).

Células Eucariotas

• Tipo de nutrición: animales (heterótrofas), vegetales (autótrofas).
• Poseen núcleo (material genético rodeado de una membrana, ADN alargado).
• Pertenecen a los reinos Protista, Hongos, Algas, Vegetales y Animales.
• Metabolismo aeróbico (con oxígeno).
• Organización celular: pluricelular.
• Solo las células vegetales presentan pared celular.

Estructura de la Célula Eucariota

1. Membrana plasmática (protege, aísla, permite el intercambio de sustancias con el exterior).
2. Núcleo (contiene y protege el ADN).
3. Citoplasma (medio acuoso donde tienen lugar procesos químicos y alberga los orgánulos celulares).
4. Mitocondrias (respiración celular, obtención de energía).
5. Retículo endoplásmico rugoso (síntesis de proteínas, ribosomas 80S).
6. Retículo endoplásmico liso (síntesis de lípidos, como colesterol y fosfolípidos, sin ribosomas).
7. Aparato de Golgi (almacena sustancias y moléculas para ser transportadas a otros orgánulos).
8. Lisosomas (vesículas con enzimas para la digestión intracelular).
9. Ribosomas (síntesis de proteínas, traducción).

Diferencias entre Células Animales y Vegetales

Células Vegetales

• Pared celular (rodea la membrana celular, formada por celulosa, mantiene la estructura y protege).
• Vacuolas (orgánulos rodeados de membrana, ocupan gran parte del espacio celular, contienen agua, ayudan a mantener la forma).
• Cloroplastos (doble membrana, estroma (líquido acuoso), tilacoides (sacos apilados formando las grana), clorofila (pigmento para la fotosíntesis)).
• Son autótrofas (fabrican su propia materia orgánica).

Células Animales

• Vacuolas o centriolos (más pequeñas que en las vegetales).
• Centrosomas (permiten el desplazamiento de los cromosomas en la división celular).
• Nutrición heterótrofa (no fabrican materia orgánica).

División Celular: Mitosis y Meiosis

Mitosis

Interfase

Periodo entre divisiones sucesivas. La célula crece y desarrolla actividad metabólica. El núcleo no cambia de forma (núcleo interfásico). Los cromosomas no son visibles. Fases:

• Fase G1: Gran actividad metabólica, síntesis de proteínas, crecimiento celular (6-12 horas). Fase G0: Cesa la división (neuronas).
• Fase S: Duplicación del ADN (6-8 horas).
• Fase G2: Síntesis de proteínas, duplicación de centriolos, doble ADN (3-4 horas).

Fase M (Mitosis) y Citocinesis

De una célula diploide (2n) se obtienen dos células diploides iguales a la célula madre. Fases:

1. Profase: Cromosomas visibles, desaparece la membrana nuclear y el nucléolo, se constituye el huso mitótico.
2. Metafase: Cromosomas alcanzan máxima contracción, se disponen en la mitad del huso (placa ecuatorial).
3. Anafase: Cromosomas se dividen por el centrómero, cada cromátida se dirige a los polos, duplicación de los centrómeros.
4. Telofase: Desaparición (desespiralización) de los cromosomas (cromatina), los nucléolos se reorganizan, la membrana nuclear se hace visible.
5. Citocinesis (división del citoplasma):
   • Animal: Estrangulamiento en el plano ecuatorial (surco de división).
   • Vegetal: Formación de un tabique de celulosa en el plano ecuatorial.

Meiosis

Proceso de división celular que reduce a la mitad el número de cromosomas, originando células haploides (n) a partir de diploides (2n).

Fases de la Meiosis

Interfase

G1, S, G2 (como en la mitosis).

Primera División Meiótica

• Profase I: Entrecruzamiento de segmentos de ADN entre cromátidas de cromosomas homólogos (crossing-over = recombinación genética). Fases: leptoteno, zigoteno, paquiteno, diploteno, diacinesis.
• Metafase I: (Similar a la mitosis).
• Anafase I: Separación al azar por los quiasmas y migración de los cromosomas homólogos hacia los polos.
• Telofase I: (Similar a la mitosis).
• Citocinesis I: Produce dos células con distinto material genético (2n).

Segunda División Meiótica

• Interfase II: G1, NO S, G2.
• Profase II: No replicación de cromosomas (similar a la profase de la mitosis).
• Metafase II: (Similar a la metafase de la mitosis).
• Anafase II: Separación de las cromátidas hijas de los cromosomas homólogos por los centrómeros.
• Telofase II: Se forma la membrana nuclear alrededor de cada juego de cromosomas.
• Citocinesis II: Produce 4 células hijas haploides (n) llamadas gametos.

Reproducción Asexual y Sexual

Reproducción Asexual

Un solo progenitor produce individuos genéticamente iguales al progenitor (no genera variabilidad genética). Se produce por mitosis.

Reproducción Sexual

Dos individuos progenitores producen variabilidad genética por fusión de los gametos haploides (n). Se produce por meiosis.

Fecundación

Unión de los gametos que da lugar a una célula diploide (2n) llamada cigoto.

Metabolismo: Anabolismo y Catabolismo

Metabolismo

Proceso químico que ocurre en el interior de la célula. Tipos:

Anabolismo

Procesos bioquímicos mediante los cuales las células sintetizan sustancias. Ejemplo: fotosíntesis.

Catabolismo

Reacciones metabólicas que proporcionan ATP, poder reductor (NADPH) y precursores metabólicos. Ejemplo: respiración celular.

Procesos Metabólicos Clave: Fotosíntesis y Respiración Celular

Fotosíntesis

Proceso anabólico que ocurre en el cloroplasto de las células vegetales. Fases:

Fase Luminosa (Fase Clara)

La luz solar actúa sobre el agua (H₂O) y produce ATP y poder reductor (NADPH), liberando oxígeno (O₂). Ocurre en la membrana de los tilacoides. El oxígeno se libera en esta fase (fotólisis = la luz rompe las moléculas del agua).

Fase Oscura

Los productos de la fase clara (ATP y NADPH) salen de la membrana tilacoidal al estroma. Allí ocurre el ciclo de Calvin, donde el CO₂ se fija y se convierte en glucosa (fuente de materia orgánica y energía).

Respiración Celular

Proceso catabólico que ocurre en la mitocondria de las células animales. Consiste en la combustión de la materia orgánica (glucosa, lípidos, proteínas) para obtener energía.

En el citoplasma, la glucosa se parte en dos por un proceso llamado glucólisis, produciendo dos ácidos pirúvicos. Estos entran en la matriz mitocondrial, donde se realiza el ciclo de Krebs, obteniendo poder reductor y CO₂. El poder reductor pasa a la cadena transportadora de electrones, coge el oxígeno y obtenemos agua y ATP (energía), expulsando el CO₂.

Genética Mendeliana

Conceptos Básicos

• Alelo: Fragmento de ADN.
• Genotipo: La letra (ej. N o n).
• Fenotipo: Característica (ej. blanco, alto, rubio).
• Homocigoto: Puro (letras iguales, mayúsculas o minúsculas, ej. NN o nn).
• Heterocigoto: Híbrido (letras distintas, una mayúscula (dominante) y otra minúscula (recesiva), ej. Nn).

Herencia Dominante

La mayúscula domina siempre, se expresa aunque haya dos dominantes o una mayúscula y una minúscula (NN x nn).

Herencia Intermedia

Se mezcla (ej. blanco + negro = gris). Dos mayúsculas (AA x NN).

Herencia Codominante

Grupos sanguíneos: A y B son dominantes, 0 es recesivo. AA=A, A0=A, BB=B, B0=B, AB=AB, BA=AB, 00=0.

Ejemplos de Cruces Mendelianos

Un Solo Fenotipo

Madre blanca y padre negro. Ambos homocigotos puros, blanco «B» y negro «b» = (BB x bb). (F1) 1ª generación filial será el 100% (Bb). En la (F2) 2ª generación filial Bb x Bb serán uno BB, dos Bb, uno bb.

Dos Fenotipos

Madre blanca, ojos verdes, padre negro, ojos marrones. Ambos homocigotos (puros) blanco «B», ojos verdes «A», negro «b», ojos marrones «a». Sacamos los gametos AABB x aabb = AB AB x ab ab. (F1) 1ª generación filial hijos 100% = Aa Bb. Para sacar (F2) la 2ª generación filial, sacamos los gametos Aa Bb = AB Ab aB ab. Cuadrícula de 16 casillas: 9/16, 3/16, 3/16, 1/16.